【摘要】：安全關鍵嵌入式實時系統(tǒng)正日益深入地被應用到對任務執(zhí)行時間和失效影響有嚴格要求的若干安全關鍵領域,如航空航天、醫(yī)療設備、汽車電子和核電控制等。這類系統(tǒng)除對其功能性有正確性要求外,還對其非功能屬性有嚴格要求。若其所規(guī)定的非功能屬性不能滿足,同樣可能造成系統(tǒng)失效,給人們的生命和財產(chǎn)帶來巨大的損失和災難。因此,如何有效地分析和評估安全關鍵嵌入式實時系統(tǒng)的非功能屬性是否被滿足是一個重要的研究方向,其結(jié)果可以給系統(tǒng)設計者提供所需要的系統(tǒng)信息和設計指導。 本學位論文正是針對上述問題,以實時性和可靠性兩個主要的非功能屬性為研究對象,從軟件工程開發(fā)技術和軟件計算模型兩個方面系統(tǒng)和全面地分析當前重要的非功能屬性保證技術及理論分析方法,針對現(xiàn)有問題,從軟件計算模型角度提出了兩種實時性分析方法和一個可靠性模型,使得系統(tǒng)設計者在軟件設計階段可以盡早分析與評估系統(tǒng)的性能,并在一個航空電子系統(tǒng)原型實例中說明其實際具體分析過程。本學位論文主要貢獻和創(chuàng)新之處有: 1.針對小規(guī)模分布式實時系統(tǒng)的嵌入式實時軟件(Embedded Real-Time Software, ERTS),提出了一種基于自動機理論的實時性分析技術,建立了分布式系統(tǒng)上的任務形式化模型,提出了行為自動機和環(huán)境自動機來分別描述任務的執(zhí)行語義及其外部到達關系,把任務的調(diào)度性分析轉(zhuǎn)換為對自動機網(wǎng)絡的位置的可達性進行分析,證明了在某些調(diào)度策略下的調(diào)度性的可判定性,并給出了滿足調(diào)度的可判定性的調(diào)度策略的條件和范圍,實現(xiàn)了一個支持分布式系統(tǒng)任務實時調(diào)度分析工具SCT,解決了傳統(tǒng)基于最壞響應時間的分布式系統(tǒng)調(diào)度分析方法往往所包含的實際系統(tǒng)運行過程中無法達到的最壞情況。分析結(jié)果顯示,SCT能夠被方便地使用建模和分析系統(tǒng)實時性,同時提供最精確的分析結(jié)果; 2.針對中大規(guī)模分布式實時系統(tǒng)的ERTS,從一類特殊系統(tǒng):研究雙向多階段多階段流水線系統(tǒng)上任務的實時性分析入手,考慮任務在相鄰節(jié)點間執(zhí)行重疊的情況,推導出任務實例的端到端最壞延遲公式,然后將系統(tǒng)模型擴展到一般性中大規(guī)模分布式實時系統(tǒng)上。實驗顯示,與其他幾種重要分析技術相比,在大多數(shù)情況下該技術能夠推導出更低的任務端到端的延遲上界,從而允許更多的任務進入系統(tǒng); 3.針對一般性ERTS,在其設計階段第一次利用實時性和錯誤處理時間開銷之間的敏感關系定義任務執(zhí)行模型的可靠性。在該可靠性模型中,對實時任務定義錯誤發(fā)生率及相應的容錯機制以建模硬件和任務本身設計缺陷所導致的非永久失效及錯誤處理開銷,通過分析錯誤最壞出現(xiàn)情況下任務仍然可調(diào)度的概率,將實時性和容錯性融合在同一分析模型框架下,并給出了在靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度策略下的可靠度定量計算算法及其一種改進算法。當任務模型無出錯假設時,該可靠性模型退化為一般性調(diào)度分析模型; 4.選取一類典型的安全關鍵實時系統(tǒng):航空電子系統(tǒng)進行抽象,研究了該類系統(tǒng)中另一個重要的非功能屬性:分區(qū)配置策略,同時分析并定義了最優(yōu)分區(qū)配置策略,給出了ENATF為最優(yōu)分區(qū)配置策略的證明過程,實現(xiàn)了一個分區(qū)配置仿真工具PCT,然后建立了一個航空電子系統(tǒng)的原型實例,詳細說明本學位論文所提出的實時性分析方法、可靠性分析方法及最優(yōu)分區(qū)配置策略在該實際系統(tǒng)中的使用。 目前,安全關鍵實時系統(tǒng)的非功能屬性領域的研究仍然存在許多挑戰(zhàn),本學位論文所提出的方法和技術對廣大研究者提供了一種新的思路,為增強我國自主知識產(chǎn)權(quán)的實時系統(tǒng)的研發(fā)提供理論和技術支持。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP368.1

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本文編號：2785799