基于分布函数的WCET快速估计

在实时软件系统中,软件时间性能的分析与评估技术是一个重要的课题,然而随着CPU的结构越来越复杂,采用传统的模拟底层硬件执行的方法越来越困难。而基于分布函数的最坏执行时间(Worst Case Execution Time,WCET)估计方法从概率角度出发,可以绕过复杂的底层硬件建模,估计程序的最坏执行时间。首先对TI TMS320C6713 DSP汇编代码进行基本块的划分,以基本块为结点构建程序流图;然后用贝塔分布模拟每条指令的运行时间并采用改进的计划评审技术(Program Evaluation and Review Technique,PERT)确定贝塔分布相关参数,指令叠加后用正态分布模拟每个基本块的执行时间;最后利用基于路径的方法得到整个程序的最坏执行时间。实验结果表明此方法是可行的和合理的。     

跳转链接技术在动态二进制翻译中的应用

动态二进制翻译中,翻译和执行的基本单元是基本块。一个基本块执行完毕,程序的控制权必须回到执行引擎,开始下一个基本块的查询,这导致频繁的控制权切换。对基本块应用跳转链接技术能够减少这种频繁的控制权切换。该文总结了二进制翻译器中一些常用的跳转链接方法,包括翻译块链接、路径线性化、分支预测等,并通过实验数据证实了跳转链接技术的有效性。     

CFCIB:基于插入块的控制流错误检测方法

为了避免当计算机系统的内部器件发生瞬时或永久性的故障时程序的执行流程发生错误,提出了一种基于插入块的控制流错误检测方法——CFCIB方法.该方法分析程序的控制流图,利用插入新基本块的方式消除混淆错误,在每个基本块的开头和末尾分别插入test和set断言来完成对可执行程序的控制流错误检测.实验结果表明,该方法能将原始程序的平均错误覆盖率从84.31％提升到96.78％.     

一种基于子结构分析的基本块重排算法

基本块重排是一类通过重新排布基本块在存储中的位置,以减少转移开销和指令cache失效率的编译优化技术.介绍了一种基于子结构分析的基本块重排算法.该算法通过统计剖视信息中控制流图的边执行频率,基于处理器转移预测策略构建转移开销模型和基本块排布收益模型.算法采用局部子结构优化的策略,改善基本块在存储中的排列顺序,从而减少转移开销,并提高指令cache的使用率,改善程序的总体性能.在UniCore处理器平台上进行了实验.实验结果表明,与其他基本块重排算法相比,该基本块重排算法在更大程度上减少转移开销和指令cache失效率的同时,其时间复杂度保持为O(n×logn).     

基于冗余代码的控制流混淆算法

目前的平展控制流主要是结合不透明谓词使用,例如混沌映射和同余方程算法。这些算法会引起大量额外开销。此外,这种结合不透明谓词的平展控制流混淆方法难抵御动态逆向攻击。针对这些问题,提出了在插入与原基本块结构类似、但数据随机生成且与原基本块不同的冗余块,使攻击者难以区分实际执行基本块的基础上,对实际执行基本块和冗余块进行控制流平展化处理,进一步混淆控制流结构。此外,构建分支函数动态赋值算法,对分支变量进行强化,提高混淆弹性。该控制流混淆算法在mbed TLS程序测试集上进行控制流、逆向工程和性能测试与分析,测试与分析结果表明该混淆算法不仅能大大提高混淆强度,还能有效保护程序控制流信息,抵抗动静态逆向分析。     

动态二进制翻译中基本块重叠冗余的优化

动态二进制翻译技术通常采用基本块作为翻译和执行的基本单元,动态翻译中的基本块在划分过程中存在重叠冗余的情况,即当前翻译的基本块可能是一个已经过翻译的基本块子集,或者包含一个已翻译的基本块,这增加了翻译开销。该文从优化动态二进制翻译角度出发,检测、消除由基本块重叠冗余带来的开销。实验表明,在动态二进制翻译过程中存在5%左右的基本块重叠率,通过消除这些冗余可以将翻译和执行的性能提高1%~4%。     

一种精确程序最坏执行时间分析方法

Java语言的动态特性使程序的最坏执行时间分析较悲观和难以预测,提出一种精确最坏执行时间分析方法,在高层分析中,引入一种标记方法,对带有标记的Java类文件进行反编译提取控制流程,得到每一个基本块中的Java 字节码指令的最坏情况下的执行次数,在底层分析中,建立结合流水线和高级缓存影响的时间模型,得到每条指令所对应的执行时间,最后结合高层分析和底层分析的结果得到程序的最坏情况下的执行时间。实验表明,该方法可以使对实时Java 程序的最坏情况执行时间预测更加安全和精确。     

动态二进制翻译的多线程并行优化研究

为了充分利用多核CPU来实现动态二进制翻译的并行化,研究了用多线程将翻译阶段和执行阶段并行优化的方法,提供了并行化系统的程序流程。并根据翻译与执行的时序及相关性,设计实现了一种超前翻译算法,它能够有效预测程序的执行路径,为翻译过程提供导向作用。实验结果表明,该优化方法提高了翻译缓存中基本块的命中率,使执行阶段尽量不被中断,进而提升了执行效率。     

利用智能控制流方法的嵌入式软件故障检测

针对现有的嵌入式软件故障检测方法性能低、开销大的缺点,提出一种智能选择检测点的控制流方法,其创新之处主要为:使用变量的频率和基本块的执行频率用作选择重要变量和基本块的两个参数。检测的基本流程是首先过滤器还原标准C语句为伪代码语句,然后扫描仪获取伪代码,并发送它到解析器,进行程序的控制流图提取。最后,解析器提取程序的前后支配树,运用候选块寻找算法进行节点分类,获得块断言和变量。实验结果表明,固化代码中程序执行时间少于RSCFC方法,但是内存开销和代码开销几乎相同,执行时间比率接近1,显著提高故障检测率。     

基于GCC关键变量数据流分析算法的程序切片技术

随着程序的规模的扩大和复杂度的提高,通过直接分析源码进行程序切片,变得十分困难。在现有的利用编译优化技术来优化程序切片的方法中,存在无法有效利用程序的编译时信息和编译器的优化技术,以及对语言的支持不完善的问题。为此,分析了GCC编译器在编译时的中间表示,首次提出了基于GCC关键变量数据流分析算法的程序切片技术,以程序的GIMPLE中间表示为基础,以程序基本块为单位,通过迭代求解数据流方程,分析程序基本块内和不同基本块间的关键变量数据流信息。该程序切片技术可以获取源程序中仅与预设目标函数相关的关键变量和关键语句,缩减程序规模。最后通过实验,证明了该算法的可行性。     

RTL数据通路模拟矢量自动生成方法研究与实现

针对已有的RTL数据通路模拟矢量自动生成方法的不足，提出一种利用约束逻辑编辑(CLP)自动生成数据通路模拟矢量的新方法．该方法首先对给定的Verilog RTL描述采用程序切片进行设计化简，然后对化简后的结果基于位向量算术原理生成CLP约束，并利用CLP求解器GProlog进行约束求解，最终生成满足输出要求的模拟矢量．该方法约束求解速度快，生成的约束是统一的，得到的模拟矢量较完备，能满足模拟验证的要求．实验结果表明，文中方法是一种高效的RTL数据通路模拟矢量自动生成方法．     

分类树方法在集成电路设计功能验证中的应用

功能验证是制约集成电路设计发展的主要瓶颈,针对功能验证中存在的测试集设计难度大及覆盖模型精度低等问题,提出一种基于分类树方法的高效测试集生成方法及功能覆盖模型搭建方法,将验证方法应用于模加/模减单元的功能验证中。结果证明,运用分类树方法管理测试向量和搭建覆盖模型,可以显著提高验证完备性和可靠性。     

HDL描述中决策图模型的提取方法和实现

决策图模型描述了TVLSI设计信号间的数据依赖关系，在VLSI设计验证中有广泛的应用。该文扩展了已有的决策图模型，给出了从硬件描述语言描述的设计中抽取决策图模型的方法并加以实现。将该方法用于RTL级模拟矢量自动生成系统，取得了良好的效果。     

传感器故障隔离中的最优一致向量选取及应用

为了实现传感器故障隔离，传统方法针对不同故障独立选取最优一致向量。指出为了正确实现故障隔防，对不同故障选取的最优一致向量应是相互关联的，并由此提出一种改进的指标函数以获得最优一致向量。基于梯度法得到最优一致向量的数值解。仿真实验表明提出的方法可正确实现传感器冗余系统的故障隔离。     

应用Textio和Matlab进行数字系统仿真

在基于FPGA的复杂数字系统仿真测试中，设计者常常面临各种挑战。以数字图像处理系统的仿真为例，如果采用完备性仿真测试方法，那么测试矢量的数量将是非常巨大的；而如果采用常规方法，则不仅效率不高，甚至可能无法达到仿真测试的目的。针对这个难题，讨论了一种进行仿真测试的新方法，该方法应用TEXTIO和Matlab来辅助仿真测试过程，使问题得到较好地解决。并且以电视图像实时多目标捕获单元的仿真测试为例，对这个新方法给予全面、细致地讨论。     

无线传感网使用网络编码的新型数据传输方法

网络编码能提高无线传感器网络数据传输可靠性,针对现有基于网络编码的数据传输策略随机选取编码向量和使用固定路径所带来的缺陷,设计了一个新的编码矩阵构造方法,并提出了一种新型的基于网络编码的可靠数据传输方法。该编码方案能保证任意k个编码向量线性无关,且不用传输编码向量。数据转发使用"区域推进"机制,自动选取最佳转发节点,将数据包可靠地向sin"k推进",并实现了最少冗余传输和网络均衡能耗。分析与仿真表明,新的数据传输策略能消除现有方法的缺陷,提高数据传输可靠性,降低能耗。     

基于融合特权信息支持向量机的模拟电路故障诊断新方法

针对模拟电路故障诊断复杂多样难于辨识的问题,提出了基于融合特权信息支持向量机的模拟电路故障诊断新方法。首先对采集的信号进行主成分分析(PCA)——特征提取;然后将训练集输入融合特权信息支持向量机进行训练获得故障诊断模型;最后将测试集输入训练好的支持向量机分类模型,实现对不同故障类型的识别。Sallen-Key滤波电路故障诊断仿真实验结果表明,该方法有效提高了分类的性能,不仅能够正确分类单故障而且能够有效分类多故障,其中单硬故障情况下平均故障诊断率达到了99%以上,为模拟电路故障诊断提供了新的途径。     

基于矢量线性组合的直接转矩控制系统仿真

针对传统直接转矩控制存在转矩脉动大和开关频率不固定的缺点,该文提出了一种采用矢量线性组合和SVPWM调制的新型直接转矩控制方法,即由空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术产生六个基本的和六个线性组合的定子电压空间矢量,根据转矩偏差和磁链偏差优化选择定子电压空间矢量,实现对电机转矩的控制.将该控制方法应用到异步电动机调速系统,通过系统仿真实验验证,该控制方法的输出转矩脉动小、电流谐波低、开关频率固定,调速系统有着良好的动态性能和调速精度.     

密闭鼓风炉锌产量的支持向量机实时预报模型

为优化密闭鼓风炉的操作参数，建立了锌产量的实时预报模型。该模型采用分类SMO方法训练支持向量机回归模型，并根据若干步的误差来在线校正模型参数，对锌产量进行多步预报，以及时调整操作参数，并能在线学习预报模型。该预报模型的工业仿真表明在只有较少的样本数的情况下，在有效误差范围内能达到90％，且具有很好的实时性。该模型已应用于密闭鼓风炉操作优化与故障诊断系统，能较好地指导生产。     

面向HDL描述基于路径覆盖的模拟矢量自动生成方法研究

提出和实现了一种面向HDL描述基于路径覆盖的模拟矢量自动生成方法,该方法在约束生成时只考虑控制语句的条件表达式，可有效避免生成冗余约束；利用扩展的决策图模型解决了中间信号到初始输入的传播问题和信号依赖关系问题，以及处理各种HDL描述风格的问题；采用约束逻辑编程方法解决了由位、位向量和整型变量组成的约束系统的统一处理问题,实验结果表明该方法能加快模拟矢量生成速度，提高路径覆盖率．生成的模拟矢量也能用于低层次设计验证和故障模拟，加快了设计进度,将该方法的原型系统用于一个32位微处理器核RTL级验证，发现了RTL级设计描述中的错误．