浅谈实时程序wcet分析模型与算法

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1、华中科技大学硕士学位论文实时程序WCET分析模型与算法姓名：江华申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：许贵平20080605华中科技大学硕士学位论文摘要近年来，嵌入式系统在交通、工业控制、移动通信、家用电器等领域的运用需求迅猛增加。嵌入式系统，特别是嵌入式实时系统，逐步从传统的航天、军用武器等高端运用领域走进了人们的日常生活。在一个大的系统中，嵌入式实时系统往往作为核心的控制部件，控制着整个系统的运行。因此，嵌入式实时系统自身的正确性，对整个系统的安全运行起着关键性的作用。时间可预测性是实时系统的重要特征。实时系统时间可预测性一定程度上依赖于实时任务在最坏情况下的

2、执行时间WCET(WorstCaseExecutionTime)的估计。在系统设计阶段，实时任务的WCET决定着系统硬件在吞吐能力指标上的选择。在系统运行阶段，实时任务的WCET决定着任务是否可调度以及将如何被调度。不正确的WCET估计，可能会导致实时系统失败，甚至带来灾难性的后果。实时程序的WCET与程序的输入参数、实现程序所采用的算法以及程序运行的目标环境相关。控制流分析从程序的源代码或目标代码出发，通过分析程序逻辑结构、语法、语义等来获取程序可能的执行路径信息，找出最长路径。底层分析主要考虑处理器体系结构对程序执行时间的影响，如何对缓存（Cache）、流水线（Pipel

3、ines）、分支预测（BranchPrediction）等特性进行建模来提高WCET估计的精度。WCET计算主要研究如何在控制流分析、底层分析的基础上对程序WCET进行估计的算法。在对实时程序WCET分析的相关模型和算法进行了分析的基础上，结合嵌入式实时系统开发的特点，讨论了实时系统开发过程中的时间分析流程、实时程序的WCET分析框架、模型与算法。在GCC编译器的基础上，对静态WCET分析的模型与算法进行了实验。关键词：实时系统，最坏情况下执行时间，控制流模型，WCET算法I华中科技大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,therearesomeincre

4、asingrequirementsofembeddedreal-timesystemintrafficvehicles,industrialcontrol,mobilecommunicationsandsoon.Thesesystemarecontrolledbycomputersystemsinteractinginreal-timewiththeirenvironments.Sincefailureofmanyofthesereal-timecomputersystemsmayendangerhumanlifeorsubstantialeconomicvalues,the

5、reisahighdemandfordevelopmentmethodswhichminimizetheriskoffailure.Acommoncauseofsuchfailuresistimingproblems.Timinganalysisisanessentialprocessfordevelopmentofreal-timeembeddedsystemandtheknowledgeabouttheworst-caseexecutiontime(WCET)ofreal-timeprogramsiscriticaltovalidationoftemporalcorrec

6、tnessofimplementedsystem.ThepurposeofWorst-CaseExecutionTime(WCET)analysisistoprovideaprioriinformationabouttheworstpossibleexecutiontimeofapieceofcodebeforeusingitinasystem.WCETestimatesareusedinthedevelopmentofreal-timesystemsandembeddedsystemstoperformschedulingandschedulabilityanalysis,

7、todeterminewhetherperformancegoalsaremetforreal-timetasks,tocheckthatinterruptshavesufficientlyshortreactiontimes,andformanyotherpurposes.ThemodelsandalgorithmsofWCETanalysisforembeddedreal-timeprogramsareanalyzedInthispaper.AWCETanalysisframeworkforembe