基于实时演算的复杂嵌入式系统实时性能分析方法研究

Many embedded systems are subject to strict timing behavior constraints. Therefore, it is crucial to analyze the real-time performance in the design of such systems. As embedded systems are rapidly becoming more complex, the problem of how to precisely and efficiently analyze their real-time performance appears to be a bottleneck in the design of embedded systems. Recently, Real-Time Calculus has drawn considerable attentions as a generic framework for real-time performance analysis for complex embedded systems. Although Real-Time Calculus have shown great potentials in this subject, it still cannot very well handle common features of complex embedded systems such as parallel structure complexity, state transition complexity and timing parameter complexity. To solve these problems, this project will study how to apply Real-Time Calculus in real-time performance analysis of complex embedded systems. This project aims to solve the problems including modeling and analysis of parallel workload and resource in Real-Time Calculus, efficient ananlysis techniques integrating Timed Automata and Real-Time Calculus, limited time-interval domain Real-Time Calculus analysis techniques, and eventually suppor accurate and efficient real-time performance analysis for complex embedded systems.

许多嵌入式系统受到严格的时间行为约束，因此需要在系统设计时进行实时性能分析。随着嵌入式系统变得越来越复杂，如何对系统进行准确高效的实时性能分析已经成为嵌入式系统设计中亟待解决的瓶颈问题。近年来，实时演算作为一种分析复杂嵌入式系统实时性能的通用理论框架受到了广泛的关注。虽然实时演算已经展现出对复杂嵌入式系统进行实时性能分析的巨大潜力，但是其现有技术还无法很好地应对复杂嵌入式系统中并行结构复杂性，状态转换复杂性和时间参数复杂性等共性问题。针对这些问题，本课题将开展基于实时演算的复杂嵌入式系统实时性能分析方法的研究。通过解决面向并行负载与资源结构的实时演算建模与分析方法，高效的实时演算与时间自动机联合建模与分析方法，有限区间实时演算分析方法等问题来对复杂嵌入式系统进行准确高效的实时性能分析。

许多嵌入式系统一个共性特点是需要满足严格的时间约束，因此需要进行在系统设计时进行实时性能分析。嵌入式系统变得越来越复杂，与物理世界的交互越来越紧密，因此如何对系统进行准确和高效的实时性能分析已经成为嵌入式系统设计中一个重要瓶颈。本项目研究了基于实时演算（RTC）框架的复杂嵌入式系统的实时性能分析方法。实时演算作为一种分析复杂嵌入式系统实时性能的通用框架近年来受到了广泛的关注和使用，但是其原有技术无法很好地应对复杂嵌入式系统中并行结构复杂性、状态转换复杂性和时间参数复杂性等共性问题。针对这些问题，本课题开展基于实时演算的复杂嵌入式系统实时性能分析方法的研究。通过解决面向并行负载与资源结构的实时演算建模与分析方法，高效的实时演算与时间自动机联合建模与分析方法，有限区间实时演算分析方法等问题，来对复杂嵌入式系统进行准确和高效的实时性能分析。..本课题的研究成果主要分为三方面。在应对嵌入式系统的并行结构复杂性方面，本课题提出了一种同时带有Fork-Join和Conditional Branching语义的新型实时任务模型，并对该模型的可行性问题的复杂度进行深入研究，并提出了高效的算法计算其DBF（与实时演算中的到达曲线类似）。在应对嵌入式系统的状态复杂性方面，本课题提出了将实时演算与基于状态图的实时任务模型相结合的混合实时系统模型，已经该模型的实时性能分析方法。在应对嵌入式系统的时间参数复杂性方面，本课题建立了有限实时演算（Finitary RTC）框架，彻底解决了原有实时演算中的周期爆炸问题，将实时演算分析的时间复杂度从指数级降至伪多项式级。通过以上研究内容，建立了一个围绕实时演算的实时性能建模与分析框架，进而能够对原有技术无法处理的复杂嵌入式进行准确高效的建模分析。