支持時間語義的PSEFM--Cassandra的設計與實現(xiàn).pdf

1、安全關鍵系統(tǒng)是指系統(tǒng)的失效會造成嚴重的后果的系統(tǒng)，此類系統(tǒng)在日常生活中隨處可見，如配電系統(tǒng)、災難應對調度系統(tǒng)、人工心肺機和航空交通管制系統(tǒng)等。時序行為作為安全關鍵系統(tǒng)的重要特征，對系統(tǒng)的可預測性十分必要。研究者提出多種確保時序可預測性的方法，但是由于計算機的體系結構缺失時間語義，會造成與時間語義相關的編程模型和系統(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、時產生抖動和不可預測性。安全關鍵系統(tǒng)的任務可分為輸入、計算和輸出三個部分，本文對他們的可預測性的定義進行了研究，然后采用擴展指令集的方式，設計并實現(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、計算和輸出達到了時鐘周期精確。本文的主要工作包括:
　　1.對復雜環(huán)境下安全關鍵系統(tǒng)的可預測性進行了定義和量化，然后對此類系統(tǒng)任務時間約束的語義進行了分析;
　　2.提出了支持時序語義的TTI指令集以解決傳統(tǒng)的計算機體

3、系結構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管理模塊構成，實驗結果表明，Cassandra能夠高效地表達TTI指令集的語義。
　　4.設計了基于時間可預測體系結構的服務體/執(zhí)

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