两种基于符号的最坏执行时间分析方法的比较与分析

通常的最坏执行时间分析方法只是得到一个常数,然后将这个常数应用在所有的地方,这将造成所得的值过于悲观(overpessimistic)。如果能以一个代数表达式代替,其中影响程序执行时间的一些未知值(如调用参数,运行平台参数等)都用参数来表示,然后在具体的环境中再根据具体的情况进行实例化,那么所获得的最坏执行时间将更加接近于实际的值。文章讨论了基于符号的最坏执行时间分析方法,分析了其特点,对两种基于符号的最坏执行时间分析方法进行了比较和研究,并给出了将来的研究方向。

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。

基于MPA与静态预估的最坏执行时间分析方法

针对现有嵌入式系统最坏执行时间(WCET)的静态分析方法效率低下问题,利用最小传播算法对程序流进行分析,获得程序中每一个基本块的最小树约束,通过象征性循环上界约束对所求函数中的内部循环变量进行再次约束,并结合最小树约束获得程序的WCET表达式。使用静态预估分析方法对每一个基本块的底层指令周期进行绝对估值,将底层指令周期代入WCET表达式计算出程序最终的WCET值。实验结果表明,与基于程序控制流程图的程序执行时间静态分析方法相比,该方法在保证程序分析精度的同时,大幅提高了分析效率。

实时系统最坏执行时间分析及测试

程序最坏执行时间是实时系统可调度分析的基础,同时也是对系统进行性能分析,提前发现系统瓶颈的重要依据。本文首先论述了程序最坏执行时间(WCET)分析计算的主要方法,然后介绍了主要的测试工具及其应用情况,最后针对程序最坏执行时间的工程应用提出可行建议。

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。

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(java bytecode)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。

进化算法与符号执行结合的程序复杂度分析方法

程序的最坏执行路径是计算程序复杂度的一项重要指标,有助于发现系统可能存在的复杂性漏洞。近年来将符号执行应用于程序复杂度分析的研究取得了不小的进展,但现有方法存在通用性较差、分析时间较长的问题。文中提出一种面向最坏路径探测的进化算法——EvoWca,其核心思想是利用程序在较小输入规模下的已知最坏路径特征指导较大输入规模下初始路径集合的构建,然后模拟进化算法,对路径进行组合、突变和选择迭代,使得在搜索范围内探测到的最坏路径逼近于最坏时间复杂度对应的路径。基于该算法实现了一个用于程序复杂度分析的原型工具EvoWca2j,使用该工具和已有技术对一组Java程序进行最坏路径探索和执行效率评估,实验结果表明,相比现有方法,EvoWca2j的通用性和探索效率都有明显提高。

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.

车控操作系统实时性/安全性保障技术

电子控制技术为智能网联汽车的高速发展持续赋能,车控操作系统是保障汽车电子控制软件安全、高效、实时运行的基石。随着智能网联汽车向集中式、端云融合式电子电气架构发展,车载硬件演化为多核异构处理器、弹性计算平台,车控软件向面向服务的软件架构转变,车控操作系统的架构、关键技术等也随之发展。综述了智能网联汽车用车控操作系统的发展历程与现状,对任务调度、实时性/安全性保障、形式化表征与验等基础理论和关键技术进行深入分析,阐述现有车控操作系统的技术挑战与发展趋势,为智能网联汽车的车控操作系统发展提供参考。

支持软件预取的缓存WCET分析

许多高性能嵌入式处理器都引入了多级缓存、硬件预取及软件预取等机制,为使支持软件预取的硬实时任务具有执行时间的可预测性,提出一种支持软件预取的缓存WCET分析方法.该方法对多级缓存抽象解释模型进行了软件预取语义扩展,分析了软件预取对任务的最坏情况下性能和能耗的影响.实验结果表明,该方法能够对支持软件预取的多级缓存行为进行有效分析;同时软件预取优化技术可使某些访存缺失较大的硬实时任务WCET平均减少22.9%,能耗平均降低24.1%.

基于WCET的多核共享资源冲突分析与约束研究

随着片上多核处理器在嵌入式实时系统中的应用,片上共享资源给任务的WCET分析带来诸多挑战,使得对多核共享资源冲突问题的研究变得非常重要。依据研究的目标,可以把目前已有的研究分为面向共享资源冲突分析和面向共享资源冲突约束两大类。对于面向共享资源冲突分析问题,探讨了不同共享资源冲突产生的原因,概括和比较了典型的冲突分析方法的优势和局限性;对于面向共享资源冲突约束问题,给出了其主要的研究内容,并评述和分析了几种主流的冲突约束方法。最后针对目前的研究状况指出了一些研究方向。

用于WCET静态分析的MIPS处理器建模方法研究

为获得安全而紧致的WCET估计,需要考虑执行程序的目标处理器的体系结构特征.Cache、流水线等用于提高性能的技术已经广泛地应用于现代处理器中,如果在静态分析过程中不考虑它们带来的影响,必然会导致WCET过估计.以Petri网作为模型工具,以WCET分析为应用目标构造MIPS处理器的体系结构模型,该方法讨论了各种RISC处理器中常见的体系结构特征的抽象以及它们在Petri网模型中的表示方法.通过实验验证,指令序列在Petri网模型上的模拟执行时间与指令序列在DLXView模拟器上的测试结果具有一致性,表明构建处理器的体系结构Petri网模型是一种有效的指令序列执行时间的静态分析方法.

实时嵌入式系统的WCET分析与预测研究综述

在实时嵌入式系统设计中,为了保证系统的安全运行,需要验证系统是否满足时限,即任务必须在截止期之前完成,否则实时系统将失败。目前衡量实时嵌入式系统实时性的重要指标是任务的最坏情况执行时间(Worst Case Execution Time,WCET)。文章首先综述了WCET分析以及研究WCET分析的主要方法。分析了在当前多核平台上、复杂处理器架构下WCET分析存在的主要问题,并根据当前WCET分析存在的问题展开讨论,分别针对时序分析、微系统结构分析和多核多任务调度策略等方面分析了国内外的研究进展。最后提出了一种基于深度学习的自适应实时DVFS算法,该算法可以进行动态电压和频率调节(DVFS),以达到节能的目的;同时还能够动态修正程序的WCET值,为未来嵌入式系统中的WCET分析与预测提供指导方法。