没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
一种具有时间语义的实时处理器模型.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 143 浏览量
2022-06-10
14:21:13
上传
评论
收藏 1.68MB DOCX 举报
温馨提示
试读
39页
一种具有时间语义的实时处理器模型.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
摘 要 实时嵌入式系统是安全关键设备的计算与控制核心为了保证系
统的时间行为正确要求其软硬件具有时序确定性和可预测性而现代计
算机系统的各个抽象层次均缺乏时间语义无法满足硬实时安全性设计
要求针对指令集体系结构层次的基础设施缺乏时间语义的问题尝试重
新定义实时嵌入式系统的指令集和微体系结构首先提出一种具有时间
语 义 的 实 时 计 算 机 体 系 结 构 模 型 — — 实 时 机
接着参考时间触发自动机理论构建具有时间语义的
指令集——作为 的软硬件
接口并讨论 的时间语义完备性问题最后设计并实现了实时处理
单元通过理论分析与实验结果的
对 照 得 出 的 时 序 确 定 性 逻 辑 执 行 时 间
编程模型是学术界广泛认可的实时编程范式通过给出在
上运行 任务集的示例说明 和 的有效性
关键词 实时嵌入式系统;时间可预测性;实时机模型;时间语义指令
集;实时处理器
实时嵌入式系统 !"是航空航
天、汽车和医用仪器等安全关键设备的计算与控制核心需要实时地与
被控物理环境进行交互其功能的正确性不仅取决于计算结果的逻辑正
确性还取决于与外界交互的时间正确性
为了保证 " 系统的时间行为正确要求其软硬件系统具有时序
确定性和可预测性
#$%
然而现代计算机系统的体系结构、运行时环境、
编程语言等各个抽象层次均缺乏精确的时间语义和表达时序属性的显
式结构使得系统设计者只能采用编程抽象之外的手段如定时中断进
行时序控制导致控制和验证程序的时序属性或处理时序冲突十分困难
并且任何软硬件改动都将对系统时序造成不可预测的影响甚至不得不
重新进行系统设计尤为重要的是由于上述机制内在的异步不确定性
难以建立系统的确定性抽象模型并据此进行严谨的形式化时间行为分
析无法满足硬实时安全性设计要求
本 文 重 点 讨 论 指 令 集 体 系 结 构
"&层次缺乏时间语义的问题现代处理器的数字电路能
够以纳秒级细粒度执行但常规 "& 屏蔽了这一宝贵资源未提供具有时
间语义的指令集程序员只能依赖操作系统的时间服务进行粗粒度时序
控制其可预测时序粒度比硬件高几个数量级常规 "& 所定义的处理器
行为的正确性与其时序无关时序仅仅是计算性能指标而不是正确性判
据
"& 层的基础设施缺乏时间语义已经成为安全关键实时系统设计方
法学的一个基础性问题需要重新考虑实时处理器的 "& 和微体系结构
组织
在先前的工作
#'%
中我们尝试提出一种具有时间语义的实时计算机体
系结构模型实时机设计了一版具有时间语
义的指令集 分析了其硬件实现
的可行性本文进一步完善 的定义抽象出独立的标准时钟部件明
确中央处理器(时钟和标准时钟协同控
制的模式 接 着 本 文 以 为基础 结 合 时 间 触 发 自 动 机
&理论重新定义 为其增加执行时间约束
指令和任务并发管理指令并探讨了 指令集的时间语义完备性问题
最 后 本 文 通 过 一 款 实 时 处 理 器 — — 实 时 处 理 单 元
的设计实现和应用示例验证了 的时间语义
表达能力
加州大学伯克利分校)!*(*+,!(+
的 机
#-%
研究动机与我们相近 小组提出了限定代码段执行时
间的 . 指令
#/%
和 0. 指令
#1%
并设计了 0 处理器
#2%
但
是他们重点关注程序时序行为的可重复性以辅助最坏执行时间
34(分析而我们以建立具有时间语
义的计算机体系结构为目标为程序员提供表达和控制程序时序行为的
时间语义指令集作为实现时序确定性系统的基础设施
本文的主要贡献包括 - 个方面5
$提出支持时间语义的实时计算机体系结构模型 以冯6
诺依曼机为参照通过添加标准时钟 (,建立 "& 层次的时间模
型(, 作为定义系统时间语义的基础允许程序员以实时间
控制 机 78 操作的时间属性同时(, 与控制处理器执
行的 ( 时钟 (, 协作既最小化程序执行时间和 78 时序抖动又
实现了程序的 78 时序行为物理平台无关性
'提出作为 模型软硬件接口的时间语义指令集 以
& 理论为基础定义最小时间语义指令集为程序员提供直接表达和控
制程序时序行为的时间语义指令
-设计和实现实时处理器 基于 模型为 "(9 指
令集添加了 扩展保证指令集时间语义同时它采用硬件粗粒度多
线程技术(以时间触发
机制进行线程调度保证任务级时间语义
逻辑执行时间编程模型
#:%
是一种硬
实时软件模型本文通过 任务集的设计示例验证了上述工作的有
效性
1 相关工作
本节对当前实时计算设计方法、时间属性和行为建模、实时处理
器设计 - 个方面的研究工作进行梳理
1.1 实时计算设计方法
传统的实时嵌入式系统设计方法关注计算过程的时序可预测性通
过设计阶段进行时序分析 来 满 足 系 统 的 时 间 约 束 可调度性分析
!!
#;%
和端到端分析!
#<%
都
以任务作为最小分析单位以任务的 4( 作为输入然而现代计算机
系统通过引入计算并行化和访存缓存化等优化机制来提升平均性能导
致系统出现严重的时序不确定性问题任务的 4( 难以紧致确定
#$=%
本
质上保证任务的 4( 不是实时系统的目标现有方法必须要在系统
设计的同时进行 4( 分析以保证系统的时序正确性这使系统开发变
得复杂另一方面将任务作为最小单位的设计分析方法也无法保证任务
内7指令级操作的时间语义即只能表达指令在一段时间内执行的语义
不能直接表达指令在某个时刻执行的语义
'= 世纪 <= 年代以来研究者逐步认识到实时系统诸多问题的根源5
实时计算难以依托在通用计算之上实时系统领域需要重新定义计算机
系统的各个层次
#$$$'%
研究表明5采用构件化软件体系结构、时间触发执
行机制
#$-%
和 编程模型
#:%
构建时序关键系统是实现实时系统时序隔离
、 可 预 测 ! 、 可 组 合
!和可扩展 !的可行技术路线.(4
#$/%
在
现代处理器上实现了反应式可预测的 编程框架但受通用计算机体
系结构和任务执行机制的限制 模型系统执行效率低下需要具有时
间语义的 "& 和时序行为确定的体系结构支持
1.2 时间属性和行为建模
'= 世纪 1= 年代逻辑学家在数理逻辑框架中添加时间语义
建立了时态逻辑框架以表达和推理用时间修饰的谓
词 将时态逻辑引入计算机科学领域
#$1%
时态逻辑作为描述型的语
义表达体系适合系统建模和验证但是难以应用于定义操作型语义的计
算过程
剩余38页未读,继续阅读
资源评论
罗伯特之技术屋
- 粉丝: 3659
- 资源: 1万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功