支持時間語義的PSEFM--Cassandra的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、安全關(guān)鍵系統(tǒng)是指系統(tǒng)的失效會造成嚴(yán)重的后果的系統(tǒng)，此類系統(tǒng)在日常生活中隨處可見，如配電系統(tǒng)、災(zāi)難應(yīng)對調(diào)度系統(tǒng)、人工心肺機(jī)和航空交通管制系統(tǒng)等。時序行為作為安全關(guān)鍵系統(tǒng)的重要特征，對系統(tǒng)的可預(yù)測性十分必要。研究者提出多種確保時序可預(yù)測性的方法，但是由于計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)缺失時間語義，會造成與時間語義相關(guān)的編程模型和系統(tǒng)往往只能用周期性的時鐘中斷來獲取時間信息和時間屬性。此類方法一方面難以得到較高的時間精度，另一方面頻繁的中斷會造成程序在執(zhí)行

2、時產(chǎn)生抖動和不可預(yù)測性。安全關(guān)鍵系統(tǒng)的任務(wù)可分為輸入、計算和輸出三個部分，本文對他們的可預(yù)測性的定義進(jìn)行了研究，然后采用擴(kuò)展指令集的方式，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一個支持時間語義的協(xié)處理器和編程框架，使帶有時間約束的輸入、計算和輸出達(dá)到了時鐘周期精確。本文的主要工作包括:
　　1.對復(fù)雜環(huán)境下安全關(guān)鍵系統(tǒng)的可預(yù)測性進(jìn)行了定義和量化，然后對此類系統(tǒng)任務(wù)時間約束的語義進(jìn)行了分析;
　　2.提出了支持時序語義的TTI指令集以解決傳統(tǒng)的計算機(jī)體

3、系結(jié)構(gòu)缺乏時間屬性的問題，該指令集由時間信息管理、時間觸發(fā)事件管理和時間觸發(fā)I/O三類指令構(gòu)成，能夠顯式地描述輸入、計算和輸出的時序行為和時間約束;
　　3.基于NiosⅡ軟核實(shí)現(xiàn)了一個支持TTI指令集的協(xié)處理器，并命名為Cassandra。該協(xié)處理器由控制單元、時間管理模塊、事件管理模塊和I/O管理模塊構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cassandra能夠高效地表達(dá)TTI指令集的語義。
　　4.設(shè)計了基于時間可預(yù)測體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)體/執(zhí)

4、行流的編程框架PSEFM-Cassandra。PSEFM-Cassandra能夠簡化編程復(fù)雜度，使用協(xié)處理器中時間觸發(fā)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)任務(wù)的輸入、計算和輸出行為，最后，介紹了PSEFM-Cassandra的任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。
　　5.對PSEFM-Cassandra進(jìn)行性能評估，評估結(jié)果表明擴(kuò)展時間語義指令集的體系結(jié)構(gòu)能在時鐘周期的量級上處理完住務(wù)的輸入、輸出以及任務(wù)的激活，其時序行為的可預(yù)測性明顯優(yōu)于執(zhí)行和抖動的時長為上百個時鐘周期的傳統(tǒng)體