自动验证并发实时系统的线性时段性质

介绍了一个就线性时段性验证实时系统正确性的工具的设计思想以及相关算法,使用时间自动机作为产时系统的描述模型,同时,为了便珩描述并发实时系统,使用带共享变量和通道的时间自动机网作为模型描述并发实时系统,在检验时间自动机网时,用户可以使用工具提供的合成程序将其合并为一个时间自动机然后进行检验,由于时间自动机的状态空间是无究的,通过引入整数状态和状态等价关系的概念,将整个状态0空间划分为有限的状态等价类空间,模型检验过程只需要通过对等价类空间的搜索就可以完成,但往往等价类空间的规模很大,超出了现在计算机的处理能力,原始搜索算法仅仅在理论上是可知地的,为了增工具的使用性,工具中使用的算法运用了一些优化技术来避免对等价类空间的穷尽搜索,使得工具在使用时具有比较好的时间和空间效率。     

UPPAAL--一种适合自动验证实时系统的工具

UPPAAL是一个基于时间自动机的自动验证工具,已成功地用于实时控制器和通信协议等实时系统的验证.本文介绍了UPPAAL的语法,语义和语用,列举了它的几种扩展形式,并归纳了其应用及研究现状.     

基于IF的实时系统验证

IF是一个对异步实时系统建模和验证的开放环境,建立在具有丰富表达能力,基于时间自动机的中间语言IF符号集之上。文章描述了IF的组成,包括其体系结构,所使用的符号集;然后给出了IF对实时系统验证的方法,并运用此验证方法对一个实时系统实例进行了验证。     

基于时间自动机的实时系统建模及验证

实时系统必须在一个事先定义好的时间限制内对来自外部或内部的事件进行响应,如何有效验证实时模型的正确性和安全性是一个难点.文章通过多个时间自动机来模拟实时系统中的各个对象,并用UPPAAL对模型进行验证,减少了模型验证的状态搜索空间,为实时嵌入式系统开发和验证提供了一种可行、安全的控制机制.实验结果显示了系统的有效性.     

实时系统的形式化验证

实时系统的设计对系统设计人员而言是一个巨大挑战。在缺乏严格的验证环境时 ,要避免设计错误是很困难的。本文将一种带时戳的时序逻辑及用于描述具体实时系统的时间变迁系统编码到 HOL定理证明器中 ,并实现了一个基本的规则策略库 ,从而实现了一个简单的交互式辅助验证环境L RP。实例 Fisher算法的互斥性在 IRP中得到了验证。     

并发和实时系统的模型检验技术

模型检验是一种重要的自动验证技术,通过显式状态搜索或隐式不动点计算来验证并发或实时系统的模态／命题性质,以保证通信协议、数字电路等设计的正确性。详细阐述了模型检验技术的发展与研究现状。首先描述了并发系统分别基于自动机理论和符号化的两种主要模型检验策略,并给出解决状态爆炸问题的主要方法;然后介绍了针对实时系统以及面向对象设计的模型检验方法;对每种方法都介绍了相应的典型工具,最后分析了模型检验面临的困难以及今后的发展趋势。     

基于B/S架构的实时系统建模验证工具

实时系统的建模与验证是实时系统开发过程中不可或缺的环节。由于目前业界中广泛使用的建模验证工具UPPAAL存在下载安装慢、拖拽控件不灵活且不支持多用户进行项目团队管理等弊端与局限性,在考虑UPPAAL缺点的同时结合实际应用需要,设计并实现基于B/S架构的实时系统的建模和验证工具。该工具通过浏览器即可访问,提供良好建模操作体验的同时支持多用户进行项目团队管理。使用该工具编辑运行具体实例,验证了实例系统的可达性、安全性等性质,获得了预期的正确结果,完成了该工具的功能测试。     

基于UPPAAL的实时系统模型验证

UPPAAL是一种使用时间自动机模型的实时系统验证工具,它可以避免时间自动机求积时状态空间的爆炸。介绍了时间自动机理论和工具UPPAAL,着重说明如何用UPPAAL进行模型检查,并给出了一个应用实例。     

并发系统的模型和自动验证

时序逻辑可以很好地应用于描述和验证并发系统的动态特性。AMC(Model Checker for Asynchronous concurrent systems)代替传统的从公理出发的形式推导,将并发系统描述转换为系统状态模型,然后应用模型实现对系统时序特性的自动验证。AMC能处理一般形式的合理性问题,并能对大的并发系统进行层次结构模型验证。     

基于STeC-Stateflow转换系统的实时系统仿真与验证方法

物联网以及信息物理融合系统对形式化建模提出了新的挑战, 引入了实时系统规范语言STeC, 为刻画实时系统的时空一致性提供了规范语言。针对STeC语言建立STeC至Stateflow自动转换系统, 提出一种基于STeC至Stateflow转换的仿真及验证方法, 该方法使用STeC语言对实时系统进行形式化建模, 再建立实时监控的Simulink仿真模型, 并使用Checkmate对系统进行安全性验证。通过对京沪高铁运行的实例研究, 表明该方法对高铁运行系统实时仿真的有效性, 并能够验证高铁运行系统的安全性。     

Procedure-Level Verification of Real-time Concurrent Systems

We want to develop verification techniques for real-time concurrent system specifications with high-level behavior structures. This work identifies two common engineering guidelines respected in the development of real-world software projects, structured programming and local autonomy in concurrent systems, and experiments with special verification algorithm based on those engineering wisdoms. The algorithm we have adopted respects the integrity of program structures, treats each procedure as an entity instead of as a group of statements, allows local state space search to exploit the local autonomy in concurrent systems without calculating the Cartesian products of local state spaces, and derives from each procedure declaration characteristic information which can be utilized in the verification process anywhere the procedure is invoked. We have endeavored to implement our idea, test it against an abstract extension of a real-world protocol in a mobile communication environment, and report the data.     

带有时钟变量的线性时序逻辑与实时系统验证

为了描述实时系统的性质和行为,10多年来,各种不同的时序逻辑,如Timed Computation Tree Logic,Metric Interval Temporal Logic和Real-Time Temporal Logic等相继提出来.这些时序逻辑适于表示实时系统的性质和规范,但不适于表示实时系统的实现模型.这样,在基于时序逻辑的实时系统的研究中,系统的性质和实现通常是用两种不同的语言来表示的.定义了一个带有时钟变量的线性时序逻辑(linear temporal logic with clocks,简称LTLC).它是由Manna和Pnueli提出的线性时序逻辑在实时情况下的一个推广.LTLC既能表示实时系统的性质,又能很方便地表示实时系统的实现.它能在统一的语义框架中表示出从高级的需求规范到低级的实现模型之间的不同抽象层次上的系统描述,并且能用逻辑蕴涵来表示不同抽象层次的系统描述之间的语义一致性.LTLC的这个特点将有助于实时系统的性质验证和实时系统的逐步求精.     

Stable and Real-Time Scheduling of a Class of Hybrid Dynamic Systems

Based on some practical engineering problems arising from process control and space-structure control, this paper studies a class of hybrid dynamic systems in which N plants are controlled by a central controller in sharing time manner, where the plants are described by differential equations and the controller works according to the mechanism of discrete events. An event feedback strategy is suggested to be a scheduling policy such that one and only one plant among N plants is chosen to be controlled at any time. Some conditions of asymptotical and exponential stability are then given and an exponential upper bound of states norm is also estimated for the event feedback scheduling strategy. An algorithm based on event feedback strategy is presented to determine the control laws of the plants to meet the given performance. An example follows to illustrate the application and effect of the results.     

Automatic Real-Time Analysis of Reactive Systems with the PARTS Toolset

Real-time systems are becoming increasingly widespread, often in safety-critical applications. It is therefore crucial that these systems be correct; however, there are few automated tools for analyzing concurrency and timing properties of these systems. The PARTS toolset uses a Petri-net-based reachability analysis to analyze program specifications written in an Ada-83 subset. Our simple time Petri nets are specifically aimed at facilitating real-time analysis. In order to control the state-explosion problem, PARTS employs several optimization techniques aimed at state-space reduction. In this paper we discuss our approach and we report on extensive experiments with several examples of real-time specifications based on Ada 83. When possible, we also compare our experimental results with results obtained by other approaches to real-time analysis.     

分布式实时系统中的预测调度算法

对于分布式实时系统中的周期性任务,人们提出了一系列静态分配调度算法,有效地解决了各种特定条件下的任务分配和调度问题.这些算法的主要特点是,它们均要求被调度任务的特征参数为已知条件.然而在很多实时系统中,周期性任务的运行时间或任务数量常常是一些具有一定规律的随机过程,因而上述静态算法的效能将受到限制.在分析了特定应用背景中的处理流程之后,抽象得到两类随机任务模型,针对这两类模型介绍了在分布式实时系统中已经得到应用的静态分配调度算法SAA(static allocation algorithms),进而提出了多任务分配调度的预测算法PAA(predicting allocation algorithm).它根据周期性任务执行时间或子任务数量的统计特性,实现任务参量的合理预测和多任务的动态调度,以提高系统的实时性能.仿真结果表明,对于两类任务模型,PAA算法与SAA算法相比,在任务完成时间、负载均衡度、系统响应时间及任务夭折率等多方面均有显著改善.     

实时专家系统技术

本文详细介绍了实时专家系统技术的定义、由来、研究方向、应用及其发展,有利于实时专家系统的理论研究及实际应用。     

分布式系统中的实时通信方案

实时系统对时间的严格要求,使得分布式实时网络的通信协议和通信方案成为诸多学者关心的重要问题。本文介绍了实时系统的特征,通过分析和讨论分布式系统的通信方案,提出了实时通信方案的发展方向。     

Automatic Verification of a Behavioural Subset of UML Statechart Diagrams Using the SPIN Model-checker

Statechart Diagrams provide a graphical notation for describing dynamic aspects of system behaviour within the Unified Modelling Language (UML). In this paper we present a translation from a subset of UML Statechart Diagrams - covering essential aspects of both concurrent behaviour, like sequentialisation, parallelism, non-determinism and priority, and state refinement - into PROMELA, the specification language of the SPIN model checker. SPIN is one of the most advanced analysis and verification tools available nowadays. Our translation allows for the automatic verification of UML Statechart Diagrams. The translation is simple, proven correct, and promising in terms of state space representation efficiency. Received September 1999 / Accepted in revised form February 2000