基于模型的安全关键的信息物理融合系统的设计方法中的软件综合

Synchronous block diagrams (SBDs) based on the formalism of Synchronous Reactive (SR) models are widely used in model-based design tools, such as Simulink/stateflow and SCADE, to capture the system behavior of cyber-physical systems. In the software implementation of SR models, the execution semantics should be preserved in the value and time domains. In addition, multiple subsystems with different levels of criticality may co-exist on the same hardware platform. Therefore, we propose an investigation on (a) the possible mechanisms for guaranteeing correctness (data consistency and flow preservation) of SR models, to make up the gap between the abstract SR model and its implementation;(b) to incorporate computations of different criticalities on the same SR model, and design new scheduling algorithm for such mixed-criticality systems; (c) algorithm solutions for the problems of synthesizing SBDs to software tasks while optimizing objectives that include timing, memory, and control algorithm performance. The result will be a suite of methods and tools automating the design synthesis of embedded systems software that go from SR models to their correct, predictable, and efficient implementation on single-core and multi-core processors. The proposed research has significant academic contribution to the advance of knowledge in the field. It also has strong industrial relevance, as it addresses the challenges arising from the complexity of embedded systems and the lack of effective design automation methods and tools, and eases the designers from long, manual design iterations. It will greatly increase the design quality and shorten the time-to-market in the most aggressively changing and safety-related cyber-physical systems industrial sectors.

同步反应性（SR）模型是一种广泛应用于安全关键的信息物理融合系统设计的建模语言，如Simulink/Stateflow和SCADE等在汽车电子、航空电子、高铁、核电领域非常流行的设计工具。SR模型的实现必须保持其语义，同时确保系统的实时可调度性。其次，现在系统通常由具有不同安全认证需求的应用混杂而成。因此，我们建议（一）对保证混合关键SR模型实现正确性（数据一致性和语义保持）的机制进行研究；（二）对混合关键SR模型的调度算法进行研究，考虑模型实现所需的执行时间；（三）设计优化算法，解决一系列SR模型实现的优化问题，优化包括时间、内存、控制算法性能等在内的优化目标。本项目将预期完成一套完整的针对SR模型的分析和软件综合优化算法，从而在单核处理器、多核处理器、分布式系统等软硬件平台上生成正确的、可预测的、高效的软件。

项目背景：.同步反应性（SR）模型是一种广泛应用于安全关键的信息物理系统设计的建模语言。Simulink/Stateflow 和SCADE 等在汽车电子、航空电子、高铁、核电领域非常流行的设计工具均基于这一建模形式。SR 模型的实现必须保持其语义，包括确保系统的实时可调度性。其次，现在系统通常由具有不同安全认证需求的应用混杂而成（即混合关键）。..主要研究内容：.本项目针对SR 模型实现这一基础问题研究相关的机制、分析、和软件综合优化算法，从而可在各类实际平台上为SR模型自动生成正确的、可预测的、高效的软件。..重要结果：.1) 单核处理器中混合关键SR模型实现正确性（数据一致性和语义保持）的机制。2016年发表于JSA（CCF B类）。.2) 基于FlexRay的分布式系统中调度优化。2016年发表于TPDS（CCF A类）。.3) 多核系统全局实时调度下占先阈值设置对于可调度性分析和堆栈最小化的研究。2016年发表于TPDS（CCF A类）。.4) 占先阈值调度下缓存划分机制的研究。2016年发表于TECS（CCF B类）。.5) 单核处理器中混合关键SR模型实现的优化。2017年发表于TODAES（CCF B类）。.6) 单核处理器中占先阈值调度下混合关键AUTOSAR模型实现的优化。2017年发表于JSA（CCF B类）。.7) 单核处理器中Stateflow模型实现的优化。2017年发表于EMSOFT和TECS（均为CCF B类），并获EMSOFT会议最佳论文奖提名（共三篇）。.8) 多核处理器中Simulink模型实现正确性（数据一致性和语义保持）的机制及优化。2018年发表于RTSS（CCF A类）。...关键数据：.1).从项目开始至今撰写并投稿科研论文10篇，其中9篇已接收或发表（CCF A类3篇，CCF B类6篇），1篇在投（已大修）。.2).荣获EMSOFT（CCF B类）会议最佳论文奖提名。.3).撰写并申请发明专利2项。..科学意义：.1) 本项目大大提高了SR模型实现正确性适用的平台。在我们的工作之前，尚无合理的机制保证在多核平台上的实现正确。.2) 本项目开发了一系列新的分析和优化方法，不光适用于SR模型，也将对一般性的具有实时要求的系统研究有重大意义。