一種多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)可調(diào)度分析技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性 驗(yàn)證方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的可調(diào)度性分析方法包括處理器利用率邊界測(cè)試、最壞情況響應(yīng)時(shí)間分析和 模擬測(cè)試，前兩種方法通過計(jì)算處理器利用率邊界或最壞情況響應(yīng)時(shí)間是否滿足一定的要 求來分析系統(tǒng)中的任務(wù)是否可調(diào)度，而模擬測(cè)試在系統(tǒng)模擬環(huán)境下反復(fù)運(yùn)行可能的任務(wù)調(diào) 度序列，動(dòng)態(tài)地測(cè)試是否存在不能調(diào)度的情況。
[0003] 由于多處理器片上系統(tǒng)中任務(wù)之間常常存在依賴關(guān)系，處理器利用率邊界測(cè)試的 可調(diào)度條件變得越來越復(fù)雜，且通常過于保守，可能會(huì)把可調(diào)度的情況判定為不可調(diào)度。進(jìn) 行最壞情況響應(yīng)時(shí)間分析時(shí)，多處理器系統(tǒng)中影響任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的因素變得越來越多且 更復(fù)雜，導(dǎo)致時(shí)間計(jì)算不精確。而模擬測(cè)試方法中任務(wù)調(diào)度的序列的覆蓋率不可能達(dá)到 100%，不具有完備性，若沒有出現(xiàn)不能調(diào)度的情況，只能說明用于測(cè)試的任務(wù)序列都可調(diào) 度而不能保證系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)不發(fā)生錯(cuò)誤。
[0004] 使用模型檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行可調(diào)度性分析，一旦模型檢測(cè)的結(jié)果為任務(wù)都可以在其截 止時(shí)間前可調(diào)度，則系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)一定可滿足實(shí)時(shí)要求，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法不完備的缺點(diǎn)。為 了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)正確性，如果對(duì)每個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都手工建立模型進(jìn)行可調(diào)度性驗(yàn)證， 不僅過程繁瑣，且模型不可重復(fù)利用。而且，現(xiàn)有的模型檢測(cè)工具和技術(shù)都要求使用者了解 形式化的語言，才能對(duì)驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行描述，建模困難問題給模型檢測(cè)的廣泛應(yīng)用帶來一定 阻礙。現(xiàn)有的模型抽象和建模方法，根據(jù)研究者的不同思路，不同文獻(xiàn)提出的多處理器系統(tǒng) 實(shí)時(shí)任務(wù)可調(diào)度性分析模型中存在一些局限性，例如：有的模型中只支持的隱式截止時(shí)間 的任務(wù)，即任務(wù)截止時(shí)間默認(rèn)等于其周期；有的模型不支持任務(wù)依賴關(guān)系，或只支持一對(duì)一 的任務(wù)依賴關(guān)系，有的模型將任務(wù)之間的依賴傳遞也作為任務(wù)處理；模型結(jié)構(gòu)不清晰，調(diào)度 策略不易擴(kuò)展。此外，有的方法不支持生成不可調(diào)度時(shí)的反例，模型檢測(cè)的驗(yàn)證結(jié)果無法反 饋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法，彌 補(bǔ)傳統(tǒng)分析方法計(jì)算復(fù)雜，適用范圍受限的缺陷，同時(shí)改善現(xiàn)有基于模型檢測(cè)的可調(diào)度性 分析方法對(duì)任務(wù)依賴的支持度不高、模型結(jié)構(gòu)雜亂導(dǎo)致的對(duì)系統(tǒng)的規(guī)模支持不足等問題。
[0006] 技術(shù)方法如下：
[0007] -種多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法，包括：
[0008] 采用模型檢測(cè)工具UPPAAL對(duì)可調(diào)度性分析問題中的應(yīng)用程序、運(yùn)行平臺(tái)、調(diào)度管 理分別建立模型，形成可調(diào)度性分析模型；
[0009] 采用時(shí)間計(jì)算樹邏輯TCTL描述系統(tǒng)可調(diào)度性的性質(zhì)；
[0010] 采用模型檢測(cè)工具UPPAAL完成對(duì)可調(diào)度性分析模型和性質(zhì)的驗(yàn)證，獲得驗(yàn)證結(jié) 果：
[0011] 若性質(zhì)滿足，則表示系統(tǒng)任務(wù)可調(diào)度；
[0012] 若性質(zhì)不滿足，則對(duì)生成的反例進(jìn)行分析和解釋。
[0013] 進(jìn)一步的，建立所述可調(diào)度性分析模型具體包括：
[0014] 所述應(yīng)用程序包含任務(wù)、任務(wù)間依賴關(guān)系；對(duì)任務(wù)建立用于保存任務(wù)屬性的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)和表示任務(wù)狀態(tài)的任務(wù)模型；對(duì)任務(wù)間依賴關(guān)系建立模型，具體為用一個(gè)靜態(tài)矩陣表 示原始任務(wù)間的依賴關(guān)系，用一個(gè)動(dòng)態(tài)矩陣保存當(dāng)前時(shí)刻任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，通過比較兩個(gè) 矩陣中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)獲取當(dāng)前時(shí)刻任務(wù)所依賴的任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)；
[0015] 所述運(yùn)行平臺(tái)包括處理器和總線；建立處理器模型：處理器用一個(gè)隊(duì)列表示，在 隊(duì)列中保存等待處理器的任務(wù)的編號(hào)；建立總線模型，當(dāng)運(yùn)行在不同處理器上的任務(wù)存在 依賴關(guān)系時(shí)，通過總線模型傳輸消息；
[0016] 所述調(diào)度管理包括調(diào)度器和調(diào)度策略，建立調(diào)度器模型和調(diào)度策略模型；調(diào)度器 將處理器和對(duì)應(yīng)的調(diào)度策略相關(guān)聯(lián)，調(diào)度策略用于實(shí)現(xiàn)調(diào)度算法；當(dāng)有新任務(wù)請(qǐng)求處理器 時(shí)，調(diào)度器用對(duì)應(yīng)的調(diào)度策略將任務(wù)編號(hào)插入到處理器隊(duì)列中相應(yīng)的位置。
[0017] 跟進(jìn)一步的，所述任務(wù)屬性包括任務(wù)編號(hào)、時(shí)間偏移、最好和最壞執(zhí)行時(shí)間、截止 時(shí)間、周期及其映射到的處理器編號(hào)。
[0018] 更進(jìn)一步的，還包括建立依賴管理器模型，用于完成對(duì)所述動(dòng)態(tài)矩陣的更新操作。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)可調(diào)度性分析驗(yàn)證流程的自動(dòng)化，解決了現(xiàn)有 方法計(jì)算復(fù)雜，適用范圍受限的問題，同時(shí)改善現(xiàn)有方法模型對(duì)任務(wù)依賴的支持度不高，模 型結(jié)構(gòu)雜亂導(dǎo)致的對(duì)系統(tǒng)的規(guī)模支持不足等問題，還可以對(duì)模型檢測(cè)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)一步解釋 和分析，向用戶展示分析后的檢測(cè)結(jié)果，且具有良好的擴(kuò)展性和驗(yàn)證效率，降低了分析成 本。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法的流程框圖。
[0021 ] 圖2為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法中的任務(wù)模型。
[0022] 圖3為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法中的依賴管理器模型。
[0023] 圖4為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法中的總線模型。
[0024] 圖5為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法中的調(diào)度器模型。
[0025] 圖6為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法中的速率單調(diào)策略模型。
[0026] 圖7為本發(fā)明多處理器系統(tǒng)可調(diào)度性驗(yàn)證方法中的最早截止時(shí)間優(yōu)先策略模型。
[0027] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中不可調(diào)度時(shí)任務(wù)甘特圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明提供了一個(gè)用于多處理器可 調(diào)度分析的方法，針對(duì)于多處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)提供了一套可配置的可調(diào)度分析的模板，模板 可根據(jù)待驗(yàn)證系統(tǒng)的特性完成配置，并最終通過模型檢測(cè)工具完成可調(diào)度性分析。具體流 程如圖1所示，包括：
[0029] 1)采用模型檢測(cè)工具UPPAAL對(duì)可調(diào)度性分析問題中的應(yīng)用程序、運(yùn)行平臺(tái)、調(diào)度 管理分別建立模型，形成可調(diào)度性分析模型。
[0030] 其中應(yīng)用程序包含任務(wù)、任務(wù)間依賴關(guān)系；運(yùn)行平臺(tái)包括處理器和總線；調(diào)度管 理包括調(diào)度器和調(diào)度策略。
[0031] 對(duì)任務(wù)建立用于保存任務(wù)屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表示任務(wù)狀態(tài)的任務(wù)模型。任務(wù)屬性 包含任務(wù)編號(hào)、時(shí)間偏移、最好和最壞執(zhí)行時(shí)間、截止時(shí)間、周期及映射到的處理器編號(hào)。任 務(wù)模型如圖2所示，圖中的節(jié)點(diǎn)表示任務(wù)在生命周期中可能的狀態(tài)，Error表示任務(wù)違反了 其截止時(shí)間后的狀態(tài)。
[0032] 對(duì)任務(wù)間依賴關(guān)系建立模型，具體為用一個(gè)靜態(tài)矩陣表示原始任務(wù)間的依賴關(guān) 系，靜態(tài)矩陣D[i] [j]表示任務(wù)i是否依賴于任務(wù)j。用一個(gè)動(dòng)態(tài)矩陣保存當(dāng)前時(shí)刻任務(wù) 的運(yùn)行狀態(tài)，如是否運(yùn)行結(jié)束，當(dāng)任務(wù)運(yùn)行結(jié)束后更新其對(duì)應(yīng)的列。此外加入依賴管理器模 型，如圖3所示，用于完成對(duì)于動(dòng)態(tài)矩陣的更新操作。通過比較兩個(gè)矩陣中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)獲取當(dāng) 前時(shí)刻任務(wù)所依賴的任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)。通過修改任務(wù)狀態(tài)的更新操