基于遗传算法的嵌入式软件WCSD检测方法

在资源受限的嵌入式系统中,为了降低嵌入式软件最大堆栈深度（Worst-Case-Stack Depth,WCSD）的检测误差,从而确定系统内存容量,通过详细分析堆栈使用原因和中断类型,建立中断调度模型,提出基于遗传算法的WCSD动态检测方法以更加准确地指导嵌入式硬件设计和软件开发。基于嵌入式软件全数字仿真平台完成实验,对该模型和方法加以验证。实验结果表明该方法可测得较准确的软件堆栈深度上限,有助于降低内存开销和提高系统的可信度。     

嵌入式软件堆栈溢出的动态检测方案设计

设计了一种动态检测嵌入式软件堆栈溢出及使用量的方案,在不受堆栈溢出影响的定时器中断服务程序中,周期检测堆栈使用量,通过LED提示堆栈溢出深度.通过设置堆栈溢出缓冲区,在RAM空间中隔离堆栈和全局变量分区,使得浅度堆栈溢出不影响系统正常运行,同时,堆栈溢出缓冲区保存了关键的上下文信息,将该信息存储在非易失性存储器中,运行一段时间后,通过专用工具读取非易失性存储器中的堆栈使用量数据和溢出上下文信息,分析异常位置,从而调整堆栈尺寸或者调整程序设计,以提高系统运行的稳定性.     

航天嵌入式软件整数溢出的形式化验证方法

整数溢出引起的软件系统安全性问题屡见不鲜,已有的模型检测技术由于存在状态空间爆炸、不能有效支持中断驱动型程序检测等缺点而少有工程应用.结合真实案例,对航天嵌入式软件整数溢出问题的分布和特征进行了系统性的分析.在有界模型检测技术的基础上,结合整数溢出特征,提出了基于整数溢出变量依赖的程序模型约简技术;同时,针对中断驱动型程序,结合中断函数特征抽象,提出了基于干扰变量的中断驱动程序顺序化方法.经过基准测试程序和真实航天嵌入式软件实验,结果表明：该方法在保证整数溢出问题检出率的前提下,不仅能够提高分析效率,还使得已有的模型检测技术能够适用于中断驱动型程序整数溢出检测.     

基于证据推理的嵌入式软件可信性评估方法*

传统的可信性评估模型通常使用软件度量医逻辑验证方法进行定量估计,在应用于体系结构复杂、可信度要求较高的嵌入式软件时,依然存在可信需求不明确、专家主观认知无法集成等问题.在分析嵌入式软件可信需求的基础上,构建一种基于证据推理方法的嵌入式软件可信性评估模型,并定义证据合成算子和效用估算模型以实现多样化可信证据的一致融合与量化.仿真实验验证了该模型在解决嵌入式软件可信性评估问题时的合理性与有效性.     

基于启发式的静态中断数据竞争检测方法

提出一种面向中断驱动型嵌入式软件的启发式静态数据竞争检测方法,并开发了原型工具H-RaceChecker.给定软件的源代码或目标程序,H-RaceChecker能够自动推断中断优先级状态、中断使能状态和内存访问状态等信息,在此基础上识别出每个程序点处可能的数据竞争,进而通过启发式精化策略对原始分析结果进行危险程度排序,提高人工确认结果的效率.实验验证了该方法的有效性.     

基于变量访问序模式的中断数据竞争检测方法

在航天嵌入式软件等中断驱动型软件中,中断数据竞争问题十分突出.然而中断在并发语义、同步机制、调度机制等方面与线程（任务）有诸多不同,具有Ad-hoc特征,难以统一刻画,因此主流的数据竞争检测方法并不适用.以航天嵌入式软件数据竞争案例库为基础进行了系统分析,提出刻画有害中断数据竞争的7种缺陷模式.针对其中最常见且最难解决的单变量访问序模式,基于抽象解释提出一种支持过程间分析、中断并发分析的高效检测方法.设计并实现了相应的检测工具SpaceDRC.实验表明,SpaceDRC能够在145毫秒内检测出约21400行程序中的真实数据竞争.SpaceDRC已经在多个航天重点型号中进行了应用,使得中断数据竞争专项分析的效率提高了至少5倍,并且降低了问题遗漏率.     

嵌入式软件中断系统资源冲突检测技术研究

由于中断触发的随机性和不确定性,导致中断缺陷引发的问题时有发生,而且通常是不易追踪的严重软件故障,因此对中断系统软件的测试就提出了很高的要求,但是目前可用于中断系统资源冲突检测的工具缺乏.为有效检测由中断的资源冲突引发的软件问题,在分析了与中断相关的典型故障模式的基础上,提出了一种针对嵌入式软件中断系统的资源冲突进行检测的技术和方法.实验结果表明,该方法可有效检测出软件中与中断相关的资源冲突问题.     

一个准确高效的基于程序行为的异常检测模型

提出一个高效准确的基于程序行为的异常入侵检测模型,该模型对于静态链接的程序部分以及函数递归基于优化的堆栈遍历技术获得调用堆栈状态信息;对于程序循环,使用代码插入和Null挤压技术来高效地获得系统调用上下文信息;基于动态通知技术,处理非标准的控制转移;从而,能够获得完备的系统调用上下文信息,提高了模型的准确度.给出了模型的描述和实施,分析了其优点.在Linux程序上的实验表明,该模型可保持检测的高效率.     

基于文法简化和语句深度的静态结构模型嵌入式软件分析

提出了一种基于文法简化和配合语句深度的静态结构模型的嵌入式软件分析方法。该方法设计了文法简化的词法分析和配合语句深度的语法分析,结合控制流/数据流分析,对嵌入式软件进行分析。以智能电能表开源软件作为案例,进行了30次实验,将人为插入的错误代码作为验证对象,同PC-Lint和Splint测试工具进行对比,本方法能够正确分析的概率为91%,介于PC-Lint的95%和Splint的90%之间。该方法在解决了编译器对嵌入式平台不兼容问题以及保障正确率的情况下,提高了测试的效率。实验结果证明本方法适用于通过编译的C(含嵌入式)程序。     

用setjmp构建简单协作式多任务系统

讨论一个利用标准C语言setjmp库函数实现的查询式协作多任务系统,给出完整的内核和样例程序并对源代码进行说明.该系统具有简单易用的特点,只需要编写存取堆栈指针的宏就可方便地移植到新的平台上.文章详述了系统的优缺点,讨论一些性能扩展的方法.该内核适用于中小规模的嵌入式软件.     

Design optimization for AUTOSAR models with preemption thresholds and mixed-criticality scheduling

Safety-critical embedded systems are often subject to multiple certification requirements from different certification authorities, giving rise to the concept of Mixed-Criticality Systems. Preemption Threshold Scheduling (PTS) is an effective technique for reducing stack memory usage by selectively disabling preemption between pairs of tasks. In this paper, we consider the AUTOSAR standard in automotive embedded software development, where each task consists of multiple runnables that are scheduled with static priority and preemption threshold. We address the problems of design synthesis from an AUTOSAR model to minimize stack usage for mixed-criticality systems with preemption threshold scheduling, and present algorithms for schedulability analysis and system stack usage minimization. Experimental results demonstrate that our approach can significantly reduce the system stack usage.     

一种新的嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现

将以家电为代表的嵌入式系统连接到网络中，关键是TCP／IP协议栈的实现。为了适应嵌入式系统的软件、硬件环境并满足实际要求，对标准TCP／IP协议的部分模块进行了裁判，设计了一种适合8位／16位微控制系统的嵌入式TCP／IP协议栈。新的协议栈实现了标准TCP／IP协议栈的主要功能，对系统资源要求少，为家电网络化管理创造了条件。     

VxWorks下USB驱程栈框架模型及其应用研究

本文对嵌入式操作系统中的技术典范VxWork进行了详尽分析,包括任务控制与调度、任务通信与同步互斥、中断处理和USB驱程栈结构。最后,本文提出了一个通用的VxWork USB驱程栈框架。     

Comparison of type-based and alias-based component recognition for embedded systems software

Component-based software engineering has found broad acceptance within the embedded systems community over the last years. However, to fully exploit its potential in terms of reusability and cost-efficiency, existing code-bases have to be refactored in a component-based way. To support refactorization, static analysis techniques can be used to identify components within coarse-grained layered or even monolithic legacy software for embedded systems. We present an approach for semi-automatic extraction of components from automotive software and compare two different versions, one type-based component-recognition analysis of linear complexity with a more precise version based on a points-to analysis of almost linear algorithmic complexity. Both analyses are applied to an industrial implementation of an automotive communication stack. Each analysis is evaluated with two sets of additional manually created annotations of distinct size and precision. Thus, both analyses are fully evaluated in terms of execution-time, memory consumption and analysis precision, and its impact on the number of recognized components. We show that the analysis with higher precision allows the use of a smaller user-provided filter set and obtain a proper component recognition.     

嵌入式网络技术在接收机中的应用

设计了一款应用于接收机通信的嵌入、式网络接口,并在数字信号处理器上实现了标准的传输控制(TCP/IP)协议栈.从关键芯片选取、接口及中断设计三方面对网口的硬件设计进行了阐述,介绍了TCP/IP协议栈中各模块的功能,对实现难度最大的TCP模块进行了论述,说明了软件模块在任务调度和模块化设计方面的考虑,最后以对该网口的测试...     

激光陀螺捷联惯导系统中整周期采样的修正研究

在圆锥运动环境下,若抖动偏频激光陀螺采用整周期采样抖动解调方式,将会引起严重的捷联惯导姿态算法漂移误差。提出了在整周期采样电路上进行少许改动,就能作出有效改进的方法,并详细推导了线性外推修正的算法公式。仿真结果表明,当姿态更新采用等效旋转矢量二子样算法时,利用线性 抛物线外推修正的效果非常显著,它能有效抑制整周期采样造成的姿态算法漂移误差,达到与理想采样的漂移误差非常接近的程度。研究结果有利于拓展整周期采样的应用范围。     

基于Cortex-M3的引导程序分析与设计

基于Flash存储器的嵌入式系统中,软件架构一般分为两部分:引导加载程序、应用程序.通过引导加载程序(bootloader),实现建立应用程序运行环境、更新应用程序等功能.针对Cortex-M3内核的特点,设计引导程序的架构,对引导程序的工作原理和启动流程进行了详细的分析,并在意法半导体公司的STM32F107芯片上进行验证,满足工程实际需要,方便移植到其它基于Cortex-M3内核的处理器,同时针对应用程序的编写提出了几点注意事项,对工程应用具有一定的指导意义.     

基于MDA的嵌入式软件开发平台设计

针对如何快速开发高质量的嵌入式软件的问题,实现了一种基于MDA的嵌入式软件开发平台EUP。该平台根据模型驱动的软件开发方法,集成UML建模、模型验证、模拟和自动代码生成技术等,为嵌入式软件的开发提供了一个统一的开发环境。分析了铁道交叉路口系统的实例,试验结果表明EUP平台能够方便、高效地实现模型模拟和验证,为快速开发高质量的嵌入式软件提供了一种可行的途径。     

VxWorks中的中断应用设计要点

硬件中断处理是实时系统设计中的关键性问题，设计人员有必要对其作深入研究，以更好地满足开发工作需要。文中以VxWorks操作系统为软件平台，讨论了在实时系统中进行中断应用设计时要注意的一些问题。由于软硬件的相关性，选用广泛应用的X86架构的嵌入式计算机为硬件平台，对Pentium -CPU和计算机主板对硬件中断的管理机制也做了详细介绍。所得出的研究结论在具体的开发项目中均得以验证，可供相关技术人员参考。