信息物理系统实时任务 WCET 的研究

信息物理系统(CPS)是最近几年才出现的一个新的交叉领域的研究概念,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.简要介绍了 CPS 的概念、一些新的特性.研究了 CPS 实时性方面的最坏执行时间(WCET)分析的组成部分、获取方法和计算算法,并比较了几种算法的优劣,列举了这一领域一些研究进展,讨论了 WCET 分析这一领域中存在的问题,给出了将来的研究方向     

基于多级一致性协议的多核处理器WCET分析方法

由于多核处理器优越的计算性能,多核处理器现已广泛应用在嵌入式实时系统中.相对于单核处理器,多核处理器存在资源共享竞争、并行任务干扰等因素,尤其是缓存（Cache）一致性问题,导致任务最坏情况执行时间（worst-case execution time,WCET）的预测更加困难.基于以上因素,提出基于多级一致性协议的多核处理器WCET分析方法.该方法针对多级一致性协议体系架构,提出多级一致性域的概念,将多核处理器的数据访问分为域内访问和跨域访问2个层次,根据Cache读写策略和MESI(modify exclusive shared invalid)一致性协议,得出一致性域内部和跨一致性域的Cache状态更新函数,从而实现多级一致性协议嵌套情况下的WCET分析.实验结果表明,在改变Cache配置参数的情况下,该方法分析结果与GEM5仿真结果的变化趋势一致,经过相关性分析,GEM5仿真结果与该方法分析结果相关性系数不低于0.98;在分析精度方面,该方法的平均过估计率为1.30,相比现有方法降低了0.78.     

信息物理融合系统综合安全威胁与防御研究

信息物理融合系统（Cyber-physical system，CPS）是计算单元与物理对象在网络空间中高度集成交互形成的智能系统.信息系统与物理系统的融合在提升系统性能的同时，信息系统的信息安全威胁（Security）与物理系统的工程安全问题（Safety）相互影响，产生了新的综合安全问题，引入严重的安全隐患.本文介绍了CPS的概念与安全现状，给出了CPS综合安全的定义；在对现有安全事件进行分析的基础上，提出了CPS的综合安全威胁模型；从时间关联性和空间关联性的角度，对现有CPS攻击和防御方法进行了分类和总结，并探讨CPS综合安全的研究方向.     

电子线路CAA的基本内容及发展动态

本文综述了电子线路计算机辅助分析（CAA）的基本内容和方法；提出了这一领域目前正在研究的有关课题。     

基于抽象解释技术的多层Cache分析的设计与实现

在WCET分析中,最重要的一类工作就是Cache分析。目前,大多数的基于抽象解释技术的Cache分析中,分析算法是作用于整个程序的,如果能够根据程序的层次结构,挖掘程序执行在Cache中的局部特性,那么就可以有效的提高WCET的分析精度。基于这一需求,本文主要研究基于抽象解释技术的多层Cache分析,研究的主要内容包括：程序层次结构的分析,基于抽象解释技术的多层Cache分析和整数线性规划问题的建模与WCET求解,采用多层Cache分析能有效的提高WCET的分析精度。     

WCET分析：建立实时系统可靠运行的技术

实时系统开发必须强调时间的重要性，为了保证系统安全运行，需要验证系统是否在时限内完成各个任务，因此，当设计和验证实时系统时。了解运行在系统中代码的最坏执行时间(WCET)是非常重要的。WCET静态分析(简称WCET分析)计算实时程序最坏执行时间的上界，而上界被用来为应用程序的任务分配正确的CPU时间，它们也是可调度分析工具的输入，因此，WCET分析是可靠建立实时系统安全正确运行的基础。介绍了WCET分析的概念。指出了传统测量存在的缺陷，剖析了WCET分析研究的关键技术，探讨了目前存在的问题和今后的发展方向。     

基于观测器方法的故障诊断技术若干重要问题的探讨

基于观测器方法的故障诊断技术近年来得到了迅速发展,取得了许多可喜的成果.该文 探讨了这一领域中一些重要的热门研究问题,包括:基于观测器方法的检测与诊断系统的分析与 评价方法,以及基于观测器的检测系统的设计方法.重点介绍作者在这一领域的一些最新研究成 果,如故障空间的划分,检测系统的集成设计方法等.     

激光驱动器的仿真研究

该文介绍了对高功率激光驱动器仿真（特别是科学计算可视化）的设想和实践，重点分析了在数值显示时等值线的绘制算法，设计了一种新型的基于网络的分布式交互仿真（DIS）技术模型，并分析和探索了其在这一领域应用的可能性。     

一种改进的自适应多媒体任务调度算法

支持多媒体任务调度以满足其性能需求,是一项重要而富有挑战性的工作,一直备受关注,并出现了一些实时任务模型。它们都需要任务提供最坏执行时间（Worst Case Execution Time,WCET）,以方便准入控制机制的实现,但这正是多媒体任务难以提供的。那么在WCET未知的前提下,如何实现多媒体任务的调度,而且必须支持准入控制和动态QoS控制机制,支持尽可能多任务的执行,使CPU资源的利用最大化？本文首先提出了一种改进的基于速率的自适应（Adaptive Rate-Based,ARB）任务模型。然后通过理论分析和实验证明了：在WCET未知的情况下,基于ARB任务模型的多媒体任务调度算法、准入控制和自适应QoS控制机制是可行的、有效的,而且可以支持尽可能多任务的执行,达到了预期的目标。     

专家系统开发工具综述

本文是对专家系统开发工具这一领域工作的一个综述。在讨论了开发工具的概念、类型和发展历史的基础上,从功能和结构上分析了一些典型的系统。这些系统是EMYCIN,KAS,EXPERT,S.1,OPS5,AGE等系统。最后,对上述各种类型的系统作出简短的评价,并展望了今后这一领域的发展方向和问题。     

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.     

CPS体系结构设计

Cyber-Physical System(CPS)是基于网络和嵌入式系统等技术而发展起来的下一代智能系统。体系结构是CPS的骨架和灵魂。分析了CPS概念和特性,构建了CPS三层体系结构框架,分别为包含实体的物理层、将资源互联互通的网络层和为用户提供服务的应用层。并对各层进行了深入分析,给出了各层相关概念描述。通过智能交通系统体系结构实例证明了CPS三层体系结构框架符合CPS概念,能够反映CPS特性,能够指导未来CPS研究和系统开发。     

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.     

Worst-case execution-time analysis for embedded real-time systems

In this article we give an overview of the worst-case execution time (WCET) analysis research performed by the WCET group of the ASTEC Competence Centre at Uppsala University. Knowing the WCET of a program is necessary when designing and verifying real-time systems. The WCET depends both on the program flow, such as loop iterations and function calls, and on hardware factors, such as caches and pipelines. WCET estimates should be both safe (no underestimation allowed) and tight (as little overestimation as possible). We have defined a modular architecture for a WCET tool, used both to identify the components of the overall WCET analysis problem, and as a starting point for the development of a WCET tool prototype. Within this framework we have proposed solutions to several key problems in WCET analysis, including representation and analysis of the control flow of programs, modeling of the behavior and timing of pipelines and other low-level timing aspects, integration of control flow information and low-level timing to obtain a safe and tight WCET estimate, and validation of our tools and methods. We have focussed on the needs of embedded real-time systems in designing our tools and directing our research. Our long-term goal is to provide WCET analysis as a part of the standard tool chain for embedded development (together with compilers, debuggers, and simulators). This is facilitated by our cooperation with the embedded systems programming-tools vendor IAR Systems.     

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。     

实时系统最坏执行时间分析*

实时系统开发过程中必须强调时间的重要性和支持时间的可预报性。最坏执行时间分析与可调度性分析构成了实时系统时间方面操作可信的基础。最坏执行时间分析计算任务执行时间的上界,这些任务的上界用来分配正确的CPU时间给实时任务。最坏执行时间是可调度分析工具的输入,可调度分析决定了一组任务在一个给定的目标系统下是否可调度。对最坏执行时间分析方面的研究进行了综述,给出在这一领域所取得的进展。 还讨论了在最坏执行时间分析方面存在的问题,给出了将来的研究方向。     

面向智慧城市的数据驱动信息物理系统安全威胁分析模型与方法

信息物理系统（CPS）是一个集成计算、通信和物理过程的混成系统,在智慧城市中占据至关重要的地位,其安全问题面临许多挑战.本文首先建立信息物理系统安全威胁分析模型,给出CPS各个组成部件的安全威胁,然后提出了信息物理系统的威胁关联分析方法,并以智能电网为例给出实验测试结果.结果表明,该方法能实现快速大规模安全威胁建模和自动化分析,为智慧城市中的关键信息基础设施提供技术支撑.最后,本文总结了智慧城市中信息物理系统的安全威胁研究进展和未来研究方向.     

信息-物理融合系统若干关键问题综述

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)集成了计算系统与物理系统,并通过嵌入式计算机与网络实现了两者之间的协作和融合,将对人们的生产和生活方式产生重要影响.CPS是一个全新的研究领域,利用现有基础理论和技术设计CPS时面临着众多问题.介绍了CPS的概念、特点和体系结构,分析了与嵌入式系统、网络的关联,从计算系统、网络系统和控制系统3个方面概括了CPS设计面临的主要挑战,并着重探讨了当前一些可用于CPS设计的理论和技术以及CPS研究的最新进展,指出CPS当前的发展应以解决系统抽象层次设计、系统建模、体系结构设计、数据传输和管理、子系统集成方面的问题作为其下一步发展主要的研究方向,并提出了一些可行的解决办法,可为相关研究提供参考.     

信息物理融合系统网络安全综述

信息物理融合系统（cyber-physical systems， CPS）是集计算、通信和控制于一体的智能系统，实现网络和物理的深度协作和有机融合.目前CPS在关键的基础设施、政府机构等领域发挥着越来越重要的作用.由于物理限制，计算机和网络产生的安全漏洞会导致CPS遭受巨大的破坏，同时还会引起经济损失、社会动乱等连锁反应，所以研究CPS的安全问题对于确保系统安全运行具有重要意义.本文结合国内外的研究现状，概述了CPS安全控制和攻击检测的最新进展.首先本文总结了CPS典型的系统建模以满足对系统性能分析的需要.然后介绍了3种典型的网络攻击，即拒绝服务攻击、重放攻击和欺骗攻击.根据检测方法的类别，对CPS攻击检测的发展进行的概述.此外还讨论了系统的安全控制和状态估计.最后总结和展望了CPS网络安全面临的挑战和未来的研究方向.