可信编译器L2C的核心翻译步骤及其设计与实现

同步数据流语言（如Lustre）近年来在航空、高铁、核电等安全攸关领域得到广泛应用.这些领域对相关开发工具本身的安全性有着相当高的要求.为尽力解决好”误编译”问题,近期人们借助reliable-by-construction辅助定理证明器实现常规命令式语言编译器的构造和验证取得了很大的成功,如CompCert C编译器.L2C是基于这种方法开发的可信编译器,它以扩展的Lustre语言为源语言,以Clight （CompCert中的C语言子集）为目标语言.就我们所知,L2C是同类工作中唯一面向实际工业应用的同步数据流语言编译器.本文重点介绍L2C编译器的核心翻译步骤及其设计与实现过程中考虑的主要问题和相关经验.     

同步数据流语言高阶运算消去的可信翻译

Lustre是一种广泛应用于工业界核心安全级控制系统的同步数据流语言,采用形式化验证的方法实现Lustre到C的编译器可以有效地提高编译器的可信度.基于这种方法,开展了从Lustre*(一种类Lustre语言)到C子集Clight的可信编译器的研究.由于Lustre*与Clight之间巨大的语言差异,整个编译过程划分为多个层次,每个层次完成特定的翻译工作.阐述了其中高阶运算消去的翻译算法,翻译过程采用辅助定理证明工具Coq实现,并进行严格的正确性证明.     

同步数据流语言可信编译器Vélus与L2C的比较

同步数据流语言（如Lustre、Signal）在航空、高铁、核电等安全关键领域得到广泛应用.例如,适合这些领域实时控制系统建模和开发的Scade工具就是基于一种类Lustre语言.这类语言相关开发工具,特别是编译器的安全性问题也自然受到高度关注.近年来,基于形式化验证实现可信编译器构造成为程序设计语言领域的研究焦点之一,也取得了瞩目的成果,如CompCert项目实现了产品级的可信C编译器.同样,人们也采用这种方法开展了同步数据流语言可信编译器的研发工作.主要关注从事这一工作的两个长线项目,二者均研发面向基于Lustre的同步数据流语言编译器,分别以Vélus和L2C代称.对Vélus和L2C从多个重要的角度进行较为深入的分析与比较.     

同步数据流语言可信编译器的构造

同步数据流语言近年来在航空、高铁、核电等安全关键领域得到广泛应用.然而,此类语言相关开发工具本身的安全性业已成为被高度关注的安全隐患之一.借助辅助定理证明器实现常规语言编译器的构造和验证已被证明是成功的,有望最大限度地解决误编译问题.基于这种方法,开展了从同步数据流语言(Lustre为原型)到串行命令式语言(C为原型)的可信编译器构造的关键技术研究.其挑战性在于两类语言之间的巨大差异,源语言具有时钟同步、数据流、并发及流数据对象等特征,而目标语言则具有顺序控制流特征.同类研究中,目前尚无针对核心翻译过程的公开成果.就单一时钟的情形实现了一个经过形式化验证的完整编译过程,相关技术将应用于安全关键领域编译系统的开发.综述了这一可信编译器的研究背景、意义、总体设计框架、核心技术、现状以及进行中或后续的工作.     

同步数据流程序的可信排序

Lustre是一种广泛应用于核电、航空等高可信领域的同步数据流语言。用形式化验证的方法来实现Lustre到C的翻译并证明其过程能有效提高编译器的安全性。因为Lustre程序是并发执行的,需要对其进行因果分析和串行化。利用Coq工具,形式化定义拓扑排序的性质和相应层次的Lustre的语义;对Lustre程序进行因果分析和排序;证明排序后的程序满足拓扑排序的性质;证明任意两个满足拓扑排序性质的程序语义执行等价。从而实现了一种针对Lustre程序的可信排序过程。