嵌入式实时系统最坏执行时间的静态预估方法的研究

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实时系统的正确性不仅依赖处理结果的正确性,同时更为重要的是要满足时间约束的要求,实时系统必须在一个可预测的时间范围内对外部事件做出响应。最坏执行时间(WorstCaseExecutionTime)分析的目的是为了估计一段程序在特定硬件平台上的执行时间上界。进行最坏执行时间分析可以帮助软件设计人员验证实时系统的可靠性,也可以辅助硬件设计人员选择适宜的硬件设备。  进行最坏执行时间分析通常采用静态分析方法。静态分析方法是指在不执行程序的情况下进行最坏执行时间分析,它需要同时考虑相关的硬件属性和软件属性。静态分析方法主要包括3个部分:分别是路径事实分析、底层硬件模拟和结果计算。首先通过对源程序进行语法分析获得程序的控制流程图,然后对控制流程图中的各基本块进行模拟获得各个基本块的执行时间,最后根据上述两个步骤得出的结果来计算出整个程序段的执行时间。静态预估的方法不需要在实际的硬件系统上执行,因此在设计的初期阶段,这是一种高效、便捷的验证方法。  为了对程序的最坏执行时间做出安全、准确的估计,本文详细介绍了一种有效的计算方法——基于隐式路径枚举的计算法。该方法将最坏执行路径搜索问题化简为整数线性规划问题,有效地避免了路径穷举。针对嵌入式软件的跨平台特性,本文提出了可重定向的分析框架,使得分析过程可被用于多种硬件平台。最后,本文提出了一种静态最坏执行时间分析工具的设计与实现方法,并使用该方法实现了静态分析工具JBounder。该工具共分为6个模块:主控制模块、路径分析模块、硬件模拟模块、结果计算模块、图形显示模块和系统配置模块。实验显示,该工具具有较好的分析结果。
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