支持時(shí)間語(yǔ)義的PSEFM--Cassandra的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、安全關(guān)鍵系統(tǒng)是指系統(tǒng)的失效會(huì)造成嚴(yán)重的后果的系統(tǒng)，此類(lèi)系統(tǒng)在日常生活中隨處可見(jiàn)，如配電系統(tǒng)、災(zāi)難應(yīng)對(duì)調(diào)度系統(tǒng)、人工心肺機(jī)和航空交通管制系統(tǒng)等。時(shí)序行為作為安全關(guān)鍵系統(tǒng)的重要特征，對(duì)系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性十分必要。研究者提出多種確保時(shí)序可預(yù)測(cè)性的方法，但是由于計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)缺失時(shí)間語(yǔ)義，會(huì)造成與時(shí)間語(yǔ)義相關(guān)的編程模型和系統(tǒng)往往只能用周期性的時(shí)鐘中斷來(lái)獲取時(shí)間信息和時(shí)間屬性。此類(lèi)方法一方面難以得到較高的時(shí)間精度，另一方面頻繁的中斷會(huì)造成程序在執(zhí)行

2、時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)和不可預(yù)測(cè)性。安全關(guān)鍵系統(tǒng)的任務(wù)可分為輸入、計(jì)算和輸出三個(gè)部分，本文對(duì)他們的可預(yù)測(cè)性的定義進(jìn)行了研究，然后采用擴(kuò)展指令集的方式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)支持時(shí)間語(yǔ)義的協(xié)處理器和編程框架，使帶有時(shí)間約束的輸入、計(jì)算和輸出達(dá)到了時(shí)鐘周期精確。本文的主要工作包括:
　　1.對(duì)復(fù)雜環(huán)境下安全關(guān)鍵系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性進(jìn)行了定義和量化，然后對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)任務(wù)時(shí)間約束的語(yǔ)義進(jìn)行了分析;
　　2.提出了支持時(shí)序語(yǔ)義的TTI指令集以解決傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)體

3、系結(jié)構(gòu)缺乏時(shí)間屬性的問(wèn)題，該指令集由時(shí)間信息管理、時(shí)間觸發(fā)事件管理和時(shí)間觸發(fā)I/O三類(lèi)指令構(gòu)成，能夠顯式地描述輸入、計(jì)算和輸出的時(shí)序行為和時(shí)間約束;
　　3.基于NiosⅡ軟核實(shí)現(xiàn)了一個(gè)支持TTI指令集的協(xié)處理器，并命名為Cassandra。該協(xié)處理器由控制單元、時(shí)間管理模塊、事件管理模塊和I/O管理模塊構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cassandra能夠高效地表達(dá)TTI指令集的語(yǔ)義。
　　4.設(shè)計(jì)了基于時(shí)間可預(yù)測(cè)體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)體/執(zhí)

4、行流的編程框架PSEFM-Cassandra。PSEFM-Cassandra能夠簡(jiǎn)化編程復(fù)雜度，使用協(xié)處理器中時(shí)間觸發(fā)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的輸入、計(jì)算和輸出行為，最后，介紹了PSEFM-Cassandra的任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。
　　5.對(duì)PSEFM-Cassandra進(jìn)行性能評(píng)估，評(píng)估結(jié)果表明擴(kuò)展時(shí)間語(yǔ)義指令集的體系結(jié)構(gòu)能在時(shí)鐘周期的量級(jí)上處理完住務(wù)的輸入、輸出以及任務(wù)的激活，其時(shí)序行為的可預(yù)測(cè)性明顯優(yōu)于執(zhí)行和抖動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)為上百個(gè)時(shí)鐘周期的傳統(tǒng)體