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。

最差情况执行时间估计值的二次修正方法

针对基于隐藏路径枚举技术的最差情况执行时间分析方法在估计含非正交多重嵌套循环(或递归)程序的最差情况执行时间时往往过于保守,估计值过高的问题,本文提出了一种最差情况执行时间估计值的二次修正方法。该方法将通常采用的内层循环(或递归)语句的局部循环上界修正为相对于外层循环(或递归)语句全局执行次数的平均执行次数,从而实现了对过高估计值的修正。实验结果表明,该方法即能够有效降低过高的估计值,又能够保证修正结果是安全的。

基于隐藏路径枚举技术的最差情况执行时间分析原理浅析

最差情况执行时间分析是系统实时性评估、任务可调度性分析以及软硬件协同设计的基础,本文以Chronos工具为例,对最常用的隐藏路径枚举技术的基本原理进行简要分析。

箭载飞控软件系统最差情况执行时间测试研究

为了更加准确地完成嵌入式箭载计算机飞行控制软件系统最差情况执行时间的自动化测试工作,根据软件的高实时性特点,结合静态分析和动态测量的优点,提出了基于Rapi Time测试工具及应用RTBx硬件的测试解决方案,构建了嵌入式箭载计算机飞行控制软件系统最差情况执行时间的测试过程,并将测试结果与其他方法进行比较,通过实验验证了所提方法的有效性,为提升软件的性能及可靠性提供依据。

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。

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。

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.

纤维支气管镜吸痰在慢性阻塞性肺疾病并呼吸衰竭患者治疗中的应用

探究COPD合并呼吸衰竭患者实施纤维支气管镜吸痰的效果。方法 以2020年8月~2022年8月到院接受诊疗的88例COPD合并呼吸衰竭患者。采用Excel表格法均分为支气管镜与基础组,每组均为44例。基础组行常规治疗,支气管镜加用纤维支气管镜吸痰,比较两组动脉血气分析、并发症发生情况及治疗时间情况。结果:支气管镜动脉血气分析中pH值(7.36±0.07 vs 7.42±0.09)、PaCO2(53.18±4.81 vs 58.92±4.36)mmHg水平低于基础组,两组组间对比差异成立(P<0.05);支气管镜动脉血气分析中PaO2(86.06±7.41 vs 79.91±6.22)mmHg、SaO2(96.18±2.45 vs 91.33±2.54)%水平均高于基础组,两组组间对比差异成立(P<0.05);支气管镜发生情况低于(6.82 vs 22.73)%基础组,两组组间对比差异成立(P<0.05);支气管镜治疗时间中机械通气时间(4.81±0.63 vs 7.62±0.84)d、纠正呼吸衰竭时间(7.22±2.35 vs 9.69±2.75)d及住院时间(20.09±6.81 vs 36.68±9.35)d均低于基础组,两组组间对比差异成立(P<0.05)。结论 纤维支气管镜吸痰对COPD合并呼吸衰竭的应用效果较好,动脉血气分析指标改善,并发症减少,治疗时间缩短。

胸痛中心标准化急救护理流程用于STEMI患者中的实践效果分析

探究STEMI患者应用胸痛中心标准化急救护理流程的效果。方法 选取自2020年7月~2022年7月到我院就诊的98例STEMI患者。应用奇偶分组法将其均分为标准化组与常规组(n=49)。常规组行常规护理干预,标准化组加用胸痛中心标准化急救护理流程。比较两组的救护时间、就诊10min项目达标情况、并发症发生情况及心功能水平。结果 标准化组救护时间优于常规组,数据比较存在意义(P<0.05);标准化组就诊10min项目达标情况均优于常规组,数据比较存在意义(P<0.05);标准化组并发症率低于常规组,数据比较存在意义(P<0.05);标准化组心功能水平数据均优于常规组,数据比较存在意义(P<0.05)。结论 胸痛中心标准化急救护理流程对STEMI患者的应用效果较好,患者的救护时间缩短,就诊10min项目达标率增加,并发症发生情况减少,心功能水平提高。

基于任务映射与缓存划分的WCRT优化方法

为了降低系统最坏响应时间(WCRT),提出了一种基于任务映射与缓存划分的WCRT优化方法.该方法分为两个阶段,第一阶段采用任务在最佳缓存容量下的最坏情况执行时间(WCET)进行任务映射;第二阶段以满足系统的缓存容量约束为原则对映射后的任务进行缓存容量回收及任务映射的再调整,同时在两个阶段均兼顾系统的负载均衡.实验结果表明,该方法在降低系统最坏响应时间及执行效率方面都能获得良好的效果,系统最坏响应时间相比GCP算法平均降低了6.7%,相比ILP方法有更快的执行效率.

面向物联网的实时复杂事件处理引擎

实时响应物理世界中发生的事件,是物联网的重要作用之一.实时检测具有复杂属性的真实事件,是进行实时响应的必要前提.设计并实现了一种实时复杂事件处理引擎,通过高速或实时匹配原子事件与复杂事件模式,判断复杂事件发生.通过启发式复杂事件处理算法,显著提高了处理速度;通过较为精确地估算复杂事件处理程序的最坏情况响应时间,确保在一定截止期内完成事件检测任务,支持时间关键的应用.实验表明,该引擎可以满足物联网实时高速复杂事件检测需求.

一种用于硬实时Java处理器的类转换器设计及实现

通过分析Class文件处理过程及其中影响实时性的操作,提出一种用于硬实时Java处理器的类转换器,它读取标准Class文件,处理并生成适合Java处理器直接执行的内存映像文件.由于装载、连接过程中大量操作(如符号引用的解析)都由类转换器提前处理完毕,使得Java处理器操作大为简化.同时,由于所有影响Java处理器实时性的操作也由类转换器提前处理,Java处理器最坏情况执行时间(WorstCaseExecutionTime)完全可预测.

基础数学库中的MCET寄存器分配方法

针对基础数学库中的寄存器分配特点,利用最常用情况执行时间MCET(Most-Case Execution Time)模型对经典的线性扫描寄存器分配算法进行了扩展。该算法能够很大程度上减少数学库中的最常用路径上的变量溢出过程,将变量溢出过程分配到非常用路径上,从而减少全局的寄存器溢出开销,提高数学库的性能。对基础数学库中函数的应用此分配算法之后,最常用路径执行时间、平均路径执行时间都得到了不同程度的提高。

支持指令预取的多核缓存WCET分析方法

为确保硬实时任务满足时间截止期,需要分析硬实时任务的支持指令预取缓存,而现有方法多数仅限于单级指令缓存,不能用于嵌入式多核下支持指令预取的多级缓存分析。为此,在基于组缓存划分的多核模型下,通过对抽象解释的缓存分析模型进行指令预取语义扩展,提出一种支持指令预取的多核缓存分析方法。实验结果表明,该方法安全性较高,能够提高多核下硬实时任务的预取缓存性能。

基于WCET的SPM实时性管理策略

提出一种基于最坏情况执行时间(WCET)的SPM静态分配算法,该算法采用额外的WCET分析工具获得任务最坏情况执行路径(WCEP),针对最坏情况执行路径,把程序划分为全局变量、全局堆栈、指令块等节点,用包含节点和节点间关系的CFG描述应用程序,采用考虑节点间关系的算法把选中的节点分配到SPM中。仿真实验结果表明,采用该分配策略管理SPM空间比不采用SPM时的实时性提高54%左右。

能量收集信息物理融合系统抢占阈值调度

在能量收集信息物理融合系统(energy harvesting based cyber-physical systems,EHCPS)中,其能量管理体系结构不同于传统电池供电嵌入式系统,任务调度策略需要考虑能量收集单元的能量输出、电池的能量存储和计算任务的能量消耗.实时任务在满足能量约束的情况下,才能满足时间约束.传统抢占阈值调度的可调度性分析没有考虑任务的能量属性,其阈值分配算法也不适用于EHCPS.针对此问题,提出了一种能量相关抢占阈值调度策略(energy related preemption threshold scheduling,ERPT),在可调度性分析中融入任务能耗属性和能量补充能力,并给出了阈值分配算法,为抢占阈值调度在EHCPS中的应用提供了一种解决方法.通过与目前现有的2个经典调度策略进行比较,验证了ERPT策略能够有效减少任务抢占.

基于取指执行时序范畴的多核共享Cache干扰分析

在多核结构中,获得并行应用线程的安全、精确的最坏情况执行时间(worst case execution time,WCET)的最大挑战之一在于共享资源的竞争冲突检测.在共享Cache的多核处理器中,线程在共享Cache中的指令可能被其他并行线程的指令替换,从而导致了线程间在共享Cache上的干扰,因此多核结构下线程WCET需要考虑并行线程间在共享Cache上的干扰.在现有的简单地址映射干扰分析基础上,考虑了指令取指执行时序因素对干扰的影响,提出了非干扰状态的充分不必要条件,根据指令的取指执行时序范畴判断线程在共享Cache上的干扰状态.通过排除非干扰状态,可以进一步精确多核结构中线程的WCET估值.理论分析证明了该方法的有效性.实验结果表明,与当前现有的考虑执行周期和基于逻辑访问先后顺序的方法相比,基于时序方法下的WCET估值分别可以提高12%和7%的精确度.

实时控制系统程序模式的WCET自动分析方法

基于源程序获取实时控制系统的模式,不仅能够验证实现的模式与设计是否一致,还可使程序的最差情况执行时间(WCET)计算更为精准。为此,提出一种自动分析实时控制系统程序模式的方法。通过分析C语言源程序生成程序控制流图,对输入变量相关节点进行切片,形成依赖输入变量的控制流图(ICFG),建立ICFG每条路径的线性规划问题并求解,从而获得潜在的程序模式。在此基础上,计算指定模式下针对现代RISC处理器程序的WCET。在基准程序上的实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

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.

基于AFDX的航空电子系统可调度性分析

航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex SwitchedEthernet)是新一代大型飞机机载网络的首选方案,构建其上的航空电子系统应保证强实时应用在时限内完成.针对现有AFDX实时性研究仅给出网络延迟上界的不足,综合考虑了任务的响应时间以及实时消息在AFDX网络中的传输延迟.建立了使用AFDX网络的航空电子系统模型,分析了分布式任务序列的整体时间需求.应用全局分析思想,给出任务序列的最坏情况响应时间,为系统实时性的评价和优化提供了理论依据.仿真结果表明该分析给出了紧凑的任务序列响应时间上界.