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嵌入式实时系统是特定的计算机应用,它不仅必须满足各种逻辑关系,还必须满足指定的时间限制。除了高的可靠性和正确性要求,嵌入式实时系统大多都是异质的,特定的,设计具有这些特点的复杂系统是一个非常困难的任务。
形式的校验是确保设计正确性的一种可行的方法,通过对形式模型的有效化、校验,可以发现许多潜在的设计问题。因此,设计复杂的嵌入式实时系统时,在决定将系统分解成硬件和软件组件之前,形式的建模是非常必要的。
Petri网越来越多地用于嵌入式实时系统的建模,评估和分析。到目前为止,大多数使用Petri网建模嵌入式实时系统的方法主要关心系统功能的高级描述,经常忽视时间性质,例如调度,然而任务调度对于保证嵌入式实时系统的正确性起着关键的作用。现有的各种Petri网模型在建模调度时还有许多不足,为此,提出了一种扩展的时间Petrf网模型RBTPN。RBTPN将处理器资源和通信资源附着到变迁上,不仅可以直观地建模单个处理器上固定优先级的抢先式调度,而且可以应用到以下的分布式嵌入式实时系统:在处理器上实行固定优先级的可抢先式调度,而处理器之间的通信采用固定优先级的不可抢先调度。
详细地分析了RBTPN的语义和基本模型后,为了建立RBTPN模型的可达图,考虑变迁可抢先的特点,建立了两个重要的规则:1.确定在某个状态类下,可行的输出变迁。2.计算输出变迁的状态类。
在分布式嵌入式实时系统中,常采用多速率任务图来表示全部系统任务。在建模RBTPN模型之前,需要设置每个变迁所占有的资源和优先级。为此,提出了一种适用于分布式嵌入式实时系统的静态调度算法:基于裕度的调度算法,以便得到多速率任务图中所有任务的优先级和所占用的资源。该算法引入超周期的概念,将适用于单速率任务图的blevel算法进行扩展,从而可以处理周期不同,释放时间不同的多速率任务图。
为了检验调度算法的正确性,可以使用RBTPN模型进行调度分析,由于常规的的调度分析算法无法直接应用于分布式嵌入式实时系统,所以提出了两种新的调度分析的算法,解决了现有算法在多处理器系统中进行调度分析时存在的不足。在此基础上,改进了可达图的构造方法,将相对于各自状态类的触发域改为相对于初始状态类的触发域,从而可以更容易地计算调度序列的执行时间。分析了新状态类的性质之后,定义了调度序列的合并和分解,进一步建立了调度序列的触发域,然后进行化简,消除冗余的限制,得到最简的调度序列时间限制,从而可以分析调度序列的时间性质。