可平台迁移的最坏执行时间分析

当前的很多最坏执行时间分析工具都是针对特定的编程语言或特定的编译器的,因而缺乏平台间的迁移性,从而不能被广泛使用.介绍了一种基于Java字节码的可平台迁移的最坏执行时间分析方法.该分析方法包括两方面：一是对字节码（javabyte code）的高层分析,提取出程序数据流和控制流信息;二是对Java虚拟机的底层分析,获得虚拟机的时间模型.最后这两种分析结合得到程序的最坏执行时间.同时还探讨了将来的研究方向.     

多余处理器时间回收与最坏执行时间分析

通常的最坏执行时间分析方法的结果过于悲观(overpessimistic),根据这种结果进行调度将导致资源的极大浪费。面向对象的编程语言由于具有封装、继承、多态的特点,使得按照通常的方法获得的最坏执行时间更加悲观。解决这个问题的一个办法就是限制面向对象语言这些特点的使用,但这又导致最终的实时系统不够灵活,失去了面向对象语言的优点。文章以实时JAVA系统为例,介绍了将运行中赚取时间(gaintime)的回收与最坏执行时间分析相结合的方法,这种方法既提高了资源的使用率,又保证了系统的灵活性和性能。     

程序最坏执行时间极值统计方法

程序的最坏执行时间WCET是实时系统时间操作方面的可信基础,现有的WCET静态分析方法都需要对系统某种程度上的额外知识和限定性假设,导致现有的WCET分析方法本质上为偏高估计,降低了资源的利用率和系统的性能。给出一种基于极值统计的程序最坏执行时间估计新方法,采用程序执行时间的测量值作为样本,利用Gumbel分布建立程序最坏执行时间统计模型,根据测量样本序列预测执行时间的最大值,与以往的方法相比,这种方法综合体现了各种硬件特性对程序执行时间的影响,估计结果更为精确,更适合处理硬件特性和软件复杂度较高情况下的程序最坏执行时间估计。实验结果表明利用Gumbel分布建立的WCET估计模型能够快速且有效地给出实时程序的最坏执行时间估计。     

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。     

一种快速程序最坏执行时间分析方法研究

给出一种带有路径冲突检测的程序最坏情况执行时间估计方法,这种方法首先检测程序中存在的分支约束,然后将程序中存在的分支约束信息转化为程序流程控制图（CFG图）中结点之间的语义冲突,并按照结点对的形式保存在相应的冲突数组里,在接下来的WCET计算阶段通过边搜索程序执行路径边检测冲突数组里保存的已有的冲突关系以便在搜索路径的同时排除非可行执行路径,最终在可行执行路径集中选择具有最大执行时间的执行路径。与以往的方法相比,在保持估计精度的前提下,本文的方法避免了穷举所有执行路径带来的复杂度,提高了搜索的效率。实验结果表明本文方法对于语句间语义依赖关系比较强的实时程序能够快速且有效地给出估计结果。     

实时系统程序最差情况执行时间(WCET)的分析

事先获知系统中程序最差情况的执行时间(Worst-CaseExecutionTime,WCET),是设计和验证实时系统调度及可调度性分析的前提,也是确定周期性任务是否满足其性能目标,从而发现系统性能瓶颈的基础。本文概述了程序WCET的分析方法,描述了WCET分析的定义和组成,重点总结其中的程序流事实分析方法,并指出程序流事实分析存在的问题和WCET分析的研究热点。     

实时系统软件设计方法

讨论了实时系统软件工程方法、软件实现、调度与执行时间分析、系统软件验证四个方面的问题 ,介绍了在实时系统研究领域的学者们所做的工作 ,该领域理论的发展以及有待解决的问题。     

多处理器实时系统可调度性分析的UPPAAL模型

随着多处理器实时系统在安全性攸关系统中的广泛应用,保证这类系统的正确性成为一项重要的工作.可调度性是实时系统正确性的一项关键性质.它表示系统必须满足的一些时间要求.传统的可调度性分析方法结论保守或者不完备,为了避免这些方法的缺陷,提出使用模型检测的方法来实现可调度性分析.提出了一个用于多处理器实时系统可调度性分析的模板,将与系统可调度性相关的部分包括实时任务、运行平台和调度管理模块都用时间自动机建模,并使用UPPAAL验证可调度的性质是否总被满足.符号化模型检测方法被用于推断可调度性,但是由于秒表触发的近似机制,符号化模型检测方法不能用于证明系统不可调度.作为补充,统计模型检测方法被用于估算系统不可调度的概率,并在系统不可调度时生成反例.此外,在系统可调度时,通过统计模型检测方法获取一些性能相关的信息.     

一种面向实时系统的程序基本块指令预取技术

面向通用计算机系统的指令预取技术无法满足实时系统的应用需求,其中一个重要原因是：无效预取引起的指令Cache内容污染使得实时任务WCET评估值不够精确,导致系统可调度性下降,严重影响系统效率.以简化实时任务WCET分析、降低任务WCET评估值为目标,提出一种基于程序基本块的指令预取方法.该方法以基本块为粒度执行指令预取,避免了传统指令预取技术引入的无效预取;通过简化最坏情况下的指令访问命中/缺失情况判定,简化任务WCET分析过程并优化WCET评估值.实时基准测试程序评估结果表明：与常规无预取方法相比,该预取方法可使实时任务WCET评估值降低约20%,平均执行情况下的指令Cache访问性能提升约10%.     

实时系统中任务可调度性研究

讨论了有关实时调度理论,对实时系统采用了时间Ｐｅｔｒｉ Ｎｅｔ方法来建模,并运用实时调度理论对系统中的任务可调度性能进行了全面分析,给出了详细的分析步骤。     

面向WCET估计的Cache分析研究综述

实时系统时间分析的首要任务是估计程序的最坏情况执行时间(worst-case execution time,简称WCET).程序的WCET 通常受到硬件体系结构的影响,Cache则是其中最为突出的因素之一.对面向WCET计算的Cache分析研究进行了综述,介绍了经典Cache分析框架与Cache分析核心技术,并从循环结构分析、数据Cache分析、多级Cache分析、多核共享Cache分析、非LRU替换策略分析等角度介绍了Cache分析在不同维度上的研究问题与主要挑战,总结了现有技术的优缺点,展望了Cache分析研究的未来发展方向.     

Data-Flow Frameworks for Worst-Case Execution Time Analysis

The purpose of this paper is to introduce frameworks based on data-flow equations which estimate the worst-case execution time (WCET) of real-time programs. These frameworks allow several different WCET analysis techniques with various precisions, which range from naïve approaches to exact analysis, provided exact knowledge on the program behavior is available. In addition, data-flow frameworks can also be used for symbolic analysis based on information derived automatically from the source code of the program.     

实时事务调度及静态可调度性分析

在类似闭环控制的硬实时数据库应用环境,实时事务具有一定的静态可预报性,其中实时事务的可调度性分析是维护实时数据库时间正确性的基础.通过利用抢占阈值,提出了一种新的实时事务处理模型,它集成了CPU调度和数据调度,实现离线并发控制,具有单阻塞的特征与好的静态可预测性,并有利于降低事务系统的负载和改善可调度性.进一步由此建立了实时事务的静态可调度性分析模型以及求最优可行调度的整数规划模型,该模型有利于达到实时事务调度的整体优化.     

Validating Real-Time Constraints in Heterogeneous Multiprocessor and Distributed Systems

A heterogeneous system or distributed system typically contains different types of processors. Some jobs can execute on certain types of processors but not other types. Processors of different types may have different speeds. We present several worst-case upper bounds and efficient algorithms for determining the completion times of independent jobs that have arbitrary timing constraints and variable execution times and are scheduled on available processors dynamically in a priority-driven manner. Bounds and algorithms take into account the effects of nonmigratability, nonpreemptability and different levels of migratability.     

面向多核处理器的实时优化技术:基于独立实时域的实时优化方法

多核处理器具有良好的性能功耗比,因此其在实时嵌入式系统中的应用是一种趋势.然而,现有的软件结构下,多核处理器的多核特性对实时性能的提高没有帮助;甚至,多核处理器核间的资源共享使影响程序执行时间的因素变得复杂,实时任务的最坏执行时间(Worst Case Execution Time,WCET)变得更为不可预测和难以控制.基于国产飞腾处理器研究了基于多核处理器的实时系统构建和实时性能优化,提出了“基于独立实时域的实时优化方法”;通过虚拟化技术把处理器分为“实时域”和“非实时域”,实时任务和非实时任务运行在不同的核心上,充分利用多核处理器各个核心,高效调度实时任务和非实时任务运行.     

实时数据库缓冲区管理算法的设计和实现

分析了实时数据库的事务特征,对以往的研究成果进行了总结,以满足事务的按时完成比率（Success Ratio）为目标,为实时系统设计了一种使用反馈控制思想的基于优先级的实时数据库缓冲区管理算法FCLRU2dl,并将该算法与常用的实时数据库事务调度算法和并发控制策略配合进行了测试和评估,证明了算法的优越性。实验中得到的另一个结论是在特定的事务调度算法和并发控制策略下,实时数据库不需要全部位于内存中,可以不是内存数据库。     

基于概率的实时任务调度分析

在某些软实时系统中,为了降低系统成本,允许系统过载,并且允许过载时少量任务能错失时限;对于这样的系统,常常能设法获得其任务的执行时间所服从的概率分布。针对这样的系统,提出了基于概率的可调度分析方法,对系统的性能作出概率上的估计,在概率意义上预测系统的可行性;并提出以数据挖掘技术估算任务执行时间的分类方法,这对预测系统的性能和提高系统利用率有重要的意义。     

实时复杂事件处理的最坏响应时间估算

实时复杂事件处理系统(CEP系统)用于从原子事件流中检测出复杂事件,需要确保事件处理任务在截止期内完成.确保实时性的关键问题是如何估算系统中复杂事件处理程序(CEP程序)的最坏响应时间.现有针对一般程序的估算方法需要标注对象程序中子程序执行次数的取值范围.然而,CEP程序较为复杂,难以直接获知子程序执行次数的取值范围.虽然执行次数间存在关联关系,可以间接求解出取值范围,但这样得到取值范围不够严格,使估算精度较低,因此现有估算方法难以直接使用.提出一种CEP程序的最坏响应时间估算方法.采用新标注方式,通过对CEP程序的检测结构进行分析,归纳出子程序执行次数间的关联约束,并使用关联约束进行标注,替代了标注其取值范围,避免了标注困难.实验表明方法具有较高估算精度.     

时间Petri网的可调度分析及在FMS中的应用

在实时系统中,检查任务执行的计划是否满足要求的时间约束称为可调度分析.通过把时间特性与其他行为特性分离,提出了一种以时间Petri网建模的实时系统调度分析方法.如果特定任务的执行是可调度的,则可以计算任务执行的时间跨度,否则确定出不可调度的变迁以便于调整时间约束和纠正设计错误.提出了一种通过把复杂的任务序列分解成一些子序列来进行可调度性分析的综合时序分析技术,它不仅提高了效率,也有助于关于调度的可达性问题的讨论.讨论了柔性制造系统FMS中的车间装配子系统的可调度性.     

实时系统的多任务调度

讨论了实时系统多任务的调度，对速率单调调度算法进行了改进，以便其能应用于具有非周期任务的实时系统，同时对系统的瞬时过载有一定的适应性。最后，给出了系统中任务可调度的条件。