基于Stateflow模型的程序实时性能分析方法研究

摘要

随着嵌入式系统复杂性的提高，越来越多系统设计者开始使用基于模型的开发环境进行系统设计。MATLAB/Simulink/Stateflow套件作为应用最广泛的基于模型的开发环境之一，被大量用于嵌入式系统设计等领域。如此可见，对Stateflow模型建模的嵌入式系统进行实时性能分析具有非常重要的实际意义。 由于Stateflow模型是基于有限状态机的模型，具有很强的系统描述能力，所以精确分析其可调度性在很多时候是不可能的。一种可行的方法是改进已有的描述能力相对Stateflow较弱但是分析复杂度也相对较低的模型来逼近Stateflow模型。本文的研究目标即是根据已有的DRT分析模型，研究如何对带有状态转移条件的Stateflow模型进行实时性能分析。 为了实现该目标，本文首先研究了抽象解释理论以及区间幂集抽象域理论，提出了区间幂集的简单逻辑表达式计算公式，然后根据上述理论改进并提出了针对C程序的值范围分析算法，在提高原算法的分析精度的同时使分析过程模拟程序执行顺序，从而得到直观清晰的分析过程和结果。而后基于C语言设计并实现了名为interVALue的C程序值范围分析工具。 在具备了对C程序的值范围进行自动分析的能力之后，本文根据目标Stateflow模型，深入研究并改进了DRT模型及其实时性能分析方法，提出了DRT-G模型，并分析了其描述能力和释放序列结构。然后根据模型特点，提出了对DRT-G模型建模的系统进行实时性能分析的方法，并改进了相关方法的分析效率。 在根据DRT-G模型的分析方法改进DRT模型的分析工具之后，本文对系统实例进行了对比分析。结果表明，本文提出的DRT-G模型及其分析方法能很好的建模和分析带有状态转移的Stateflow模型系统的实时性能，得到精确的系统可调度性。而DRT模型由于其并没有描述状态转移条件，所以描述能力不足，对上述系统的可调度性分析有可能得到不精确甚至错误的结果。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状

1．3本文的研究意义

1．4本文的内容及主要工作

第2章Stateflow与DRT模型简介

2．1 Stateflow模型

2．2 DRT模型

2．2．1 DRT模型语义

2．2．2静态优先级调度下的DRT模型单个节点可调度性分析

2．3．1减少每个任务中需要考虑的路径数

2．3．2减少不同任务的路径之间的组合数量

2．4本章小结

第3章C程序的值范围分析方法与工具实现

3．1抽象解释理论

3．1．1具体域与抽象域

3．1．2基于Galois连接的抽象解释

3．2区间幂集抽象域

3．2．1区间代数

3．2．2区间幂集

3．2．3幂集抽象域

3．3值范围分析算法研究

3．4值范围分析工具的设计与实现

3．4．1 CPFG图生成模块

3．4．2通用模块和区间模块

3．4．3区间集模块和边环境模块

3．4．4值范围分析模块

3．4．5值范围分析工具的实现

3．5本章小结

第4章DRT-G模型与实时性能分析方法

4．1目标Stateflow模型

4．2 DRT-G模型

4．3 DRT-G模型的实时性能分析方法

4．3．1静态优先级调度下的DRT-G模型单个节点可调度性分析

4．4 DRT-G模型分析效率的提高策略

4．4．1减少每个任务中需要考虑的路径数

4．4．2减少不同任务的路径之间的组合数量

4．5本章小结

第5章系统实例分析与方法对比

5．1系统实例

5．2可调度性求解与结果分析

5．2．1使用DRT-G模型及其分析方法的分析结果

5．2．2使用原DRT模型及其分析方法的分析结果

5．2．3分析方法对比

5．3本章小结

第6章结论与展望

6．1本文工作总结

6．2未来工作展望

参考文献

致谢