基于VHDL的模型檢查技術的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機軟硬件系統(tǒng)規(guī)模的日益復雜化、重要化，如何保證計算機系統(tǒng)的正確性和可靠性，逐漸成為當前理論界和產業(yè)界共同關心的重要問題。其實，令計算機更好地為我們服務的主要障礙，不是現(xiàn)有機器的硬件速度和計算能力，而是我們在設計和實現(xiàn)正確而可靠的系統(tǒng)方面的能力還比較有限。長期以來，常用的系統(tǒng)設計檢驗方法是以經驗為基礎的測試方法。但是，測試方法只能證明錯誤的存在，但不能證明錯誤的不存在，所以，對于高可靠性系統(tǒng)來說，測試方法有明顯的局限性。

2、在過去二十多年間，各國研究人員為解決這個問題付出了巨大的努力，取得了重要的進展。在為此提出的諸多理論和方法中，模型檢查(ModelChecking)以其簡潔明了和自動化程度高而引人注目。 本文首先介紹了模型檢查技術的基本思想、研究方向和最新研究進展以及相關背景工具和VHDL語言，然后介紹了模型檢查技術的理論基礎，即時態(tài)邏輯。本文針對一般的VHDL系統(tǒng)，研究并設計了兩種模型檢查系統(tǒng)方案。這兩種方案是：使用美國CarnegieMel

3、lon大學開發(fā)的基于VHDL的模型檢查工具CV進行驗證，以及使用基于命題μ-演算方法進行驗證。 本文的主要內容可以概括為以下幾個方面：1.針對使用VHDL模型檢查工具CV進行系統(tǒng)驗證必須要完成的前期工作和接口工作進行了研究和設計，包括CV工作機制的研究、VHDL系統(tǒng)子集的規(guī)范化處理研究、目標系統(tǒng)規(guī)約語言的特征研究以及CV運行環(huán)境的分析。 2.提出了一種新的VHDL模型檢查系統(tǒng)設計方案，包括VHDL系統(tǒng)到有限狀態(tài)機(FSM

4、)的轉化方案，以及在此基礎上進行的基于命題μ-演算的模型檢查系統(tǒng)設計方案；這兩個方案配合起來，就可以實現(xiàn)與CV的功能很相似的VHDL系統(tǒng)模型檢查功能。 3.重點研究了基于命題μ-演算的模型檢查系統(tǒng)，建立了μ-演算系統(tǒng)框架，設計了基本時序算子、不動點算子、μ-演算公式以及從CTL公式到μ-演算公式的轉換的計算方法，提出了基于命題μ-演算的VHDL模型檢查方案，并且實現(xiàn)了上述設計與方案，同時還實現(xiàn)了對不動點算子復雜度進行優(yōu)化的方案。