一種時間特征模型及其建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機(jī)軟件安全與可靠性保障領(lǐng)域,尤其涉及一種時間特征模型及其 建模方法,是一種時間特征的描述方法及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 實時性是否滿足要求是嵌入式實時系統(tǒng)非常關(guān)注的問題。隨著嵌入式實時操作系 統(tǒng)在各行業(yè)越來越多的應(yīng)用,因?qū)崟r性未能保證而導(dǎo)致人員生命財產(chǎn)損失的事故也時有發(fā) 生,使得嵌入式實時操作系統(tǒng)實時性保證的意義越發(fā)重要。
[0003] 嵌入式系統(tǒng)的實時性要求一般有三種:一是要求在外界輸入產(chǎn)生后需要在確定的 時間內(nèi)任務(wù)對其進(jìn)行響應(yīng);二是要求一個任務(wù)在確定的時間前執(zhí)行結(jié)束;二是要求任務(wù)的 執(zhí)行時間超過或小于某一個要求的時間。而系統(tǒng)對實時性要求越高,表明系統(tǒng)對實時性要 求未能滿足的容忍程度就越低。
[0004] 而分析任務(wù)的實時性是否滿足要求,重點是分析任務(wù)的時間特征。然后通過對比 任務(wù)時間特征和任務(wù)實時性要求,確定任務(wù)是否符合任務(wù)的時間約束?,F(xiàn)已有的時間特征 模型主要有三種:一為時間自動機(jī)模型以及基于時間自動機(jī)模型的各種改進(jìn)模型,但對任 務(wù)本身的時間特征描述較少;二是時間Petri網(wǎng)以及基于時間Petri網(wǎng)的各種改進(jìn)模型,著 重分析系統(tǒng)和任務(wù)的相互關(guān)系的時間特征,對任務(wù)內(nèi)部的時間特征的分析較為模糊;三是 通過面向方面技術(shù)建立的時間特征模型,未凸顯任務(wù)時間特征之間的聯(lián)系,不利于對時間 特征的整體分析。
[0005] 并且,現(xiàn)有的模型未能對已有任務(wù)進(jìn)行比較快速方便的建模,無法將任務(wù)本身具 有的時間特征與時間約束整合到一起。本發(fā)明公開的時間特征模型應(yīng)用于對實時性有要求 的計算機(jī)系統(tǒng)中,它描述了任務(wù)或進(jìn)程的時間特征。本發(fā)明提供的時間特征模型能夠有效、 準(zhǔn)確地描述任務(wù)的時間特征、時間約束與任務(wù)時間特征之間的聯(lián)系,為任務(wù)的實時性驗證 提供了理論依據(jù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種時間特征模型及其建模 方法,對任務(wù)的時間特征、時間約束與任務(wù)時間特征之間的聯(lián)系進(jìn)行有效、準(zhǔn)確地描述,為 對實時性有要求的計算機(jī)系統(tǒng)的實時性驗證提供理論依據(jù),從而解決現(xiàn)有時間特征模型存 在的不足。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種時間特征模型,應(yīng)用于對實時性有要求的計算機(jī)系統(tǒng) 中,所述時間模型的三要素為任務(wù)狀態(tài)節(jié)點、分支段和時間約束;其中,分支段可劃分為任 務(wù)實際運行耗時段和任務(wù)非運行耗時段兩部分,它能夠連接任意兩個任務(wù)狀態(tài)節(jié)點;通過 所述任務(wù)狀態(tài)節(jié)點將任務(wù)中所有分支段連接起來構(gòu)成模型的主要部分,所述時間約束是約 束一個或多個所述分支段的執(zhí)行時間需要滿足的時間范圍。
[0008] 所述任務(wù)狀態(tài)節(jié)點包括開始節(jié)點、結(jié)束節(jié)點、分支節(jié)點和匯聚節(jié)點。
[0009] 所述分支段包括任務(wù)實際運行耗時段和任務(wù)非運行耗時段。
[0010] 所述任務(wù)的時間約束是對任務(wù)的實時性要求反應(yīng)到所述模型中的表述。
[0011] 時間特征模型的建模方法,實現(xiàn)步驟為:
[0012] (1)提取目標(biāo)系統(tǒng)中所有的任務(wù),并將各個任務(wù)的實時性要求映射成時間特征模 型中的時間約束;
[0013] (2)根據(jù)時間特征模型,將所述任務(wù)中與耗時操作相關(guān)的程序結(jié)構(gòu)分別識別為時 間特征模型中的開始節(jié)點、分支節(jié)點、分支段、匯聚節(jié)點和結(jié)束節(jié)點;
[0014] (3)利用識別出的各個元素描述獲取任務(wù)時間特征并生成所述時間特征模型。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有模型相比的優(yōu)點在于:
[0016] (1)本發(fā)明較完整地抽取了任務(wù)的時間特征,不僅可以展現(xiàn)任務(wù)不同執(zhí)行路徑上 的時間特征,還可以展現(xiàn)任務(wù)的各時間特征之間的聯(lián)系。
[0017] (2)本發(fā)明公開的時間特征模型將任務(wù)的實時性要求反應(yīng)到模型中生成的時間約 束可以聯(lián)系任務(wù)的實時性要求與任務(wù)的時間特征,可以更明顯的判斷任務(wù)的實時性是否得 到滿足。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明模型的組成示意圖;
[0019] 圖2為本發(fā)明建模過程示意圖;
[0020] 圖3為本發(fā)明實施例的示意圖;
[0021] 圖4為本發(fā)明實施例火車任務(wù)時間特征模型圖;
[0022] 圖5為本發(fā)明實施例護(hù)欄控制任務(wù)時間特征模型圖;
[0023] 圖6為本發(fā)明實施例護(hù)欄任務(wù)時間特征模型圖。
【具體實施方式】
[0024] 為了對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,以下基于本發(fā)明公開 的時間特征模型,結(jié)合火車通過鐵路和公路交叉口的具體案例,并具體結(jié)合附圖,對所述時 間特征模型的建模方法進(jìn)行表述。顯然所描述的實施例僅僅是本申請的一個實施例,而不 是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前 提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025] 如圖1所示,本發(fā)明公開的時間特征模型,在所有相關(guān)元素的基礎(chǔ)上,根據(jù)任務(wù)的 結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行組合,構(gòu)成了所述時間特征模型。所述時間特征模型描述了任務(wù)中任務(wù)狀態(tài) 節(jié)點、分支段、任務(wù)實際運行耗時段、任務(wù)非運行耗時段的有機(jī)組合和其上的時間約束。
[0026] 本發(fā)明公開的時間特征模型用一個六元組表示:其中,N 為任務(wù)狀態(tài)節(jié)點的集合;E為任務(wù)實際運行耗時段的集合;0為任務(wù)非運行耗時段的集合;L 為分支段的集合;fP為任務(wù)時間約束的集合;T為周期任務(wù)的周期。
[0027] 本發(fā)明公開的時間特征模型的任務(wù)中與時間特征相關(guān)內(nèi)容描述如下:
[0028] 任務(wù)實際運行耗時段:在任務(wù)的執(zhí)行中,任務(wù)占用CPU并使之處理任務(wù)代碼時的 段,被定義為任務(wù)實際運行耗時段,標(biāo)記為E。
[0029] 因任務(wù)實際運行耗時段引起的耗時,稱為任務(wù)實際運行耗時。
[0030] 任務(wù)非運行耗時段:在任務(wù)的執(zhí)行中,任務(wù)處于非執(zhí)行狀態(tài)的段,定義為任務(wù)非 運行耗時段,標(biāo)記為0??梢允茄訒r(Task Delay, TD)、接收消息(Message Receive, MR)、 發(fā)送消息(Message Send, MS)、發(fā)送信號(Signal Send, SS)、等待信號(Wait for Signal, WSI)、等待信號量(Wait for Semaphore, WSE)、被掛起(Suspend, S)、任務(wù)切換 (Task Switching, TS)〇
[0031] 因任務(wù)非運行耗時段引起的耗時,稱為任務(wù)非運行耗時。
[0032] 本發(fā)明公開的時間特征模型中與任務(wù)執(zhí)行路徑相關(guān)內(nèi)容描述如下:
[0033] 任務(wù)執(zhí)行路徑:任務(wù)執(zhí)行過程中,從開始到結(jié)束的所有可能經(jīng)過的路徑,被稱作任 務(wù)執(zhí)行路徑,標(biāo)記為P。P為所有執(zhí)行路徑的集合。
[0034] 任務(wù)狀態(tài)節(jié)點:所有的任務(wù)執(zhí)行路徑,因為任務(wù)本身的特性,可能任兩條任務(wù)執(zhí)行 路徑之間會有重合段和不重合段。表征任意兩條任務(wù)執(zhí)行路徑不重合段的起點和終點,以 及任務(wù)的起點和終點,共同構(gòu)成任務(wù)狀態(tài)節(jié)點。
[0035] 其中,表征兩條任務(wù)執(zhí)行路徑不重合段的起點,是為分支節(jié)點,定義Nb為系統(tǒng)中 所有任務(wù)分支節(jié)點的集合,n b為其中一個分支節(jié)點;表征兩條任務(wù)執(zhí)行路徑不重合段的終 點,是為匯聚節(jié)點,定義Nr為系統(tǒng)中所有任務(wù)匯聚節(jié)點的集合,y為其中一個匯聚節(jié)點;任 務(wù)起點,用Start表示;任務(wù)終點,用Finish表示。
[0036] 分支段:任務(wù)中,任意一條任務(wù)執(zhí)行路徑被此任務(wù)執(zhí)行路徑上任意兩個相鄰節(jié)點 分出的一節(jié)分支路徑,被稱作分支段,定義L為系統(tǒng)中所有任務(wù)的分支段的集合,1為其中 一個分支段。分支段由任務(wù)實際運行耗時段和任務(wù)非運行耗時段組成。
[0037] 本發(fā)明公開的時間特征模型對模型的對時間約束的描述如下:
[0038] 時間約束:假設(shè)用a表示任務(wù)中一段具有執(zhí)行時間約束范圍的段,那么定義φ<?) 為a上的時間約束。
[0039] 如圖2所示,本發(fā)明公開的時間特征模型的建模方法為:
[0040] 1)提取目標(biāo)系統(tǒng)中所有的任務(wù),并將各個任務(wù)的實時性要求映射成本發(fā)明公開的 時間特征模型中的時間約束。
[0041] 2)根據(jù)本發(fā)明公開的時間特征模型,將所述任務(wù)中與耗時