面向AADL模型的存储资源约束可调度性分析

嵌入式实时系统在安全关键领域变得越来越重要,其广泛应用于航空航天.汽车电子等具有严格时间约束的实时系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,在系统开发的早期设计阶段就需要对其可调度性进行分析评估.系统中的存储资源会对可调度性产生一定影响,在抢占式实时嵌入式系统引入缓存后,任务的最坏执行时间可能发生变化.因此,分析缓存相关...     

AADL分级调度模型的分析与验证

针对嵌入式系统体系结构分析设计语言(architecture analysis and design language, AADL)分级调度模型的分析问题,提出了基于模型检验的可调度性分析和验证方法.基于时间自动机理论,将AADL分级调度模型转换为时间自动机网络,将待验证性质描述为时序逻辑公式,通过模型检验工具对可调度性进行分析和验证.研究结果表明,使用模型检验方法来分析AADL分级调度模型的可调度性是可行的.相对其他方法而言,该方法利用了形式化方法的穷举性来分析系统的性质,分析结果更加精确.     

复杂嵌入式实时系统体系结构设计与分析语言:AADL

首先归纳了AADL(architecture analysis and design language)的发展历程及其主要建模元素.其次,从模型 驱动设计与实现的角度综述了AADL 在不同阶段的研究与应用,总结了研究热点,分析了现有研究的不足,并对 AADL 的建模与分析工具、应用实践进行了概述.最后,探讨了AADL 的发展与研究方向.     

基于时间约束Petri网的工作流可调度性分析

引入时间参数控制工作流高效执行是工作流技术研究的重要内容之一。在工作流的Petri网模型中引入时间参数,不仅可以对工作流中的活动进行时间约束,而且能建立相应的工作流时间约束Petri网模型。文中在分析该模型的时间约束和可调度性的基础上,提出了对工作流可调度性分析验证方法及其相应的算法,最后通过一个实例说明了分析验证的过程。     

基于AADL的综合航电分区系统可调度性判定

综合模块化航电(IMA)系统中的分区系统提高了其可靠性和安全性,但在系统设计和实现过程中,应采用各种分析和验证方法确保系统的时间需求得到满足。为此,针对符合ARINC653规范的IMA系统,根据分区系统层级调度的特性,提出一种基于仿真的分区任务集可调度性判定方法。借助Cheddar工具及其自定义调度策略功能,使架构分析和设计语言(AADL)具有对分区系统进行建模的能力,并利用该工具对AADL模型进行仿真以判定系统的可调度性。实例分析结果表明,该方法能自动、准确、快速地进行可调度性判定,并以甘特图的方式绘制任务调度过程,得到直观、详细的结果。     

时间约束Petri 网的可调度性分析方法研究

在系统地研究了时间约束Ｐｅｔｒｉ网的基础上,提出了一般的状态可达性分析方法。通过讨论任意拓扑结构ＴＣＰＮ′ｓ的可调度分析,克服了以往ＴＣＰＮ′ｓ可达性分析方法的局限性,显示了该方法的准确性和实用性。     

时间约束Petri网的状态可达及可调度分析算法

时间约束Petri网是具有广义时间约束的一类Petri网。时间约束的引入使TCPN’s的演化与系统每一时刻的状态密切相关,导致网的动态复杂性。目前有关TCPN’s状态可达性的研究仅局限于一些较简单的网,该文通过对TCPN’s的进一步研究,给出了更一般的可达性分析方法及变迁可调度决策算法,并讨论了含冲突结构的TCPN’s的可调度分析。     

软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中。随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率。嵌入式系统中软件、硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力。本文综合考虑软、硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法。该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响。同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软、硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析。论文开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性。     

TCPN的组合可调度分析

时间约束Petri网(Timing Constraints Petri nets,简称TCPNs)是一类重要的时间Petri网系统.针对TCPNs中变迁可调度原始语义的不足,本文对相关定义重新定义,丰富并完善了TPCNs理论.本文首先给出了新的针对单个变迁或变迁序列的可调度分析策略.如果一个特定的变迁序列是可调度的,则相应的活动序列也同样可以顺利地完成自身的执行;否则,不可调度的变迁需要调整自己的时间约束;然后提出了组合式的可调度分析策略以分析复杂变迁序列,最后提出时序一致性的概念.     

基于AADL的可重配置的DRE软件模型研究

DRE系统广泛应用于现实中,它具有分布、实时、嵌入的特点,通常情况下,这类系统上各种资源是有限的,而系统面对的环境却是复杂多变的,面向使命的计算,要求系统能够根据使命重配置系统软硬资源来完成不同的任务,目前,此项技术已成功运用到国外最新的战机,极大提高系统性能;与此同时,体系结构描述设计描述语言AADL日趋完善,它能够很好地描述系统软硬件体系结构,基于此,提出了一种基于AADL可配置的DRE软件系统模型,探讨了可重配置机制,并由此提出了这类系统软件模型,并使用AADL给予描述;通过使用AADL描述为设计这类软件提供了有益的新思路。     

Trade-Off Analysis of Real-Time Control Performance and Schedulability*

Most real-time computer-controlled systems are developed in two separate stages: controller design followed by its digital implementation. Computational tasks that implement the control algorithms are usually scheduled by treating their execution times and periods as unchangeable parameters. Task schedulability therefore depends only on the limited computing resources available. On the other hand, controller design is primarily based on the continuous-time dynamics of the physical system being controlled. The set of tasks resulting from this controller design may not be schedulable with the limited computing resources available. Even if the given set of tasks is schedulable, their overall performance may not be optimal in the sense that they do not make a full use of the computing resources. In this paper, we propose an integrated approach to controller design and task scheduling. Specifically, task frequencies (or periods) are allowed to vary within a certain range as long as such changes do not affect critical control functions such as the maintenance of system stability. We present an algorithm that determines the task frequencies such that a prescribed aspect of system performance is optimized subject to satisfaction of computing resource constraints. The tasks are then scheduled with the chosen frequencies. The proposed approach also addresses the issue of choosing controller processors.     

飞行管理系统AADL建模与分析

航空电子系统软件的建模与分析是保证军用和民用飞机高可靠、高性能的重要手段,也是模型驱动软件体系结构的重要组成部分。飞行管理系统作为航空电子系统的重要组成部分,传统上,对该系统的可调度性分析是在系统设计完成后,在实现与验证阶段进行的,这使得系统无法进行的准确地软硬件需求分析。采用先进的建模方法AADL对其进行建模,为飞行管理系统的可调度性分析、可靠性分析以及通信延迟等分析提供了可能,使得在系统需求分析阶段就可以准确确定系统的软硬件需求,并能大大降低系统的更改验证成本。首先论述了建模语言AADL的基本构成以及与航空电子应用接口规范ARING653的对应关系;然后描述了飞行管理系统的功能构成,并建立了飞行管理系统的AADL模型;最后详细论述了系统调度理论,AADL工具,飞管系统AADL模型的仿真分析。通过仿真分析为飞管系统的处理器选型、系统设计、软件设计与优化提供了依据。     

Schedulability Criteria and Analysis for Dynamic and Flexible Resource Management

The Flexible Resource Manager (FRM) is a dynamic resource management approach that allows a better utilization of the available resources. However, it necessitates an atomic reconfiguration process that must not violate hard timing constraints. This paper exploits the deadline assignment rule of the Total Bandwidth Server (TBS) to schedule reconfiguration, and it formally shows that there exists a minimum task period for which atomicity and schedulability can be guaranteed. With this solution, real-time system engineers have the tools at hand to design their tasks to exploit the benefits of the FRM with hard real-time constraints.¹     

AADL建模工具的设计

设计一种架构分析与设计语言(AADL)建模工具,便于用户建立AADL模型.基于模型驱动体系结构思想,在Eclipse插件开发平台上开发可扩展的插件集合AADL模型设计工具.用户根据该工具建立的嵌入式系统AADL架构模型,通过XML文档保存,分析与验证工具以第三方插件的形式集成到该工具中,提取系统的AADL架构模型.通过应用实例验证了该工具的有效性.     

单调速率及其扩展算法的可调度性判定

任务可调度性判定是实时系统调度理论研究的核心问题.单调速率(RM)算法是实时调度的重要算法,自其提出以来已被广泛研究.然而到目前为止,尚缺乏专题性的文章来系统而深入地探讨RM及其扩展算法的可调度性判定,以及各种现实条件和实现方式(包括任务调度的时间开销和任务同步问题等)对可调度性的影响.围绕RM算法下的可调度性判定问题,由浅入深,系统性地讨论各种不同假设和实现方式对可调度性的影响,具体为下述3大类问题：（1）理想的RM算法下的可调度性判定的CPU利用率最小上界最小及可调度的充分必要条件;（2）考虑调度时间开销情况下的可调度性判定条件;（3）优先级反转协议及其对可调度性的影响.给除了具体实例来叙述上述问题,并从算法复杂度和可检测率两方面比较各种算法的优劣。     

嵌入式分布实时系统自适应资源管理架构

分析了开放嵌入式分布实时(Distributed Real-time and Embedded,DRE)系统的自适应资源管理需求,针对传统静态资源管理方法的不足,提出了一种面向开放DRE系统的自适应资源管理架构;该架构采用动态任务管理、实时资源分配和自适应控制三种关键技术,能够更加适用于开放、动态的环境,有效应对资源约束和资源状态、应用程序QoS的变化;提高系统性能和稳定性;屏蔽底层硬件资源的异构性,为上层应用提供统一的服务接口。     

工作流资源分配中约束规则的建模研究

传统工作流系统在对任务节点进行资源分配时,只进行了组织、角色、人员的分配,而较少对不同任务节点上执行人间的潜在关系进行建模.根据企业的实际应用需求,将这种潜在的约束关系提取出来进行建模,并以规则的形式进行定义.最后采用强有力的推理工具--规则引擎--来完成对定义的规则冲突检测以及规则的实现.     

基于资源限制流图的工作流并发结构的正确性验证

本文在基于Petri网的工作流网的控制流的正确性验证的基础上，提出了基于数据流的资源限制流网的概念，并在资源限制流网的基础上，提出了工作流网的正确性概念，提出了并发变迁的并发性错误检查算法．     

基于模型的嵌入式系统软件工程语言AADL与UML的比较

随着嵌入式系统规模、复杂度和性能需求的提升,嵌入式系统开发的重点从代码级提前到模型级,模型驱动体系结构成为嵌入式系统开发的主流。统一建模语言(UML)和结构分析和设计语言(AADL)是模型驱动系统工程的标准,从方法、扩展机制和应用领域三个方面对两者进行研究和比较,讨论模型分析、模型转换等相关技术。最后,探讨了UML和AADL的发展与研究方向     

Probabilistic Schedulability Analysis of Harmonic Multi-Task Systems with Dual-Modular Temporal Redundancy

To improve reliability of real-time control systems, various fault-tolerance methods have been designed and implemented. We propose a highly reliable control system using modular and temporal redundancy, called dual-modular temporal redundancy (DMTR). Assuming that transient faults occur and recover with exponential probability distributions, we analyze the probabilistic schedulability of DMTR for multiple tasks with harmonic periods (DMTR-HP). After formulating a discrete-time reliability model for DMTR-HP, we formulate an efficient recursive computation algorithm for rapidly obtaining the probabilistic schedulability of the overall system. Considering the overhead for checkpointing in a DMTR-HP control system, we obtain the optimal number of subslots for maximum reliability using our DMTR-HP reliability model. In addition, we compare the reliabilities of DMTR-HP, DMTR using GCDP scheduling (DMTR-GCDP), and conventional dual-modular redundancy (DMR).