面向对象程序的最坏执行时间分析研究

论文摘要

实时系统与其它应用系统不同之处在于其正确性不仅取决于它的输出结果的正确性,同时取决于其输出所产生的时间,实时系统的结果只有在规定的时间范围内输出才是有效的,因此,提前获得系统中每个任务的最坏情况执行时间(Worst Case ExecutionTime WCET)对于实时系统的调度分析具有非常重要的意义。当前实时系统的开发多采用C或汇编语言,虽然用这些语言所开发的程序的运行性能比较好,但是在开发过程中却存在着开发平台复杂、繁琐、开发效率低等缺点,目前面向对象语言被认为是最适合开发大型实时系统的语言,实时Java规范的提出使将Java语言应用于实时系统开发成为可能,但是Java语言的动态特性却使程序的最坏执行时间分析较悲观和难以预测。本文着重于实时Java程序的最坏情况执行时间估计方法的研究,对原有的基于Javalin体系结构的实时Java程序WCET分析方法从高层以及底层两个方面进行改进,提出了一种基于Java字节码的面向实时Java程序的最坏执行时间分析新方法,在高层分析中,本文通过对原有的WCETAn类的扩展,引入新的注释函数,从而使分析方法可以更加有效的分析具有动态特性的实时Java程序;在底层分析中,本文方法通过建立新的时间模型使程序的WCET预测更加精确,在时间模型建立过程中,分别将底层硬件的管道机制(Pipeline)以及高级缓存(Cache)机制对程序的最坏情况执行时间的影响引入到时间模型的建立中,从而提高了对程序的最坏情况执行时间预测的精确性。本文在给出方法详细说明的同时也给出了该方法对于标准实验程序的实验结果,并与其它方法进行对比,实验证明该方法使对于具有动态特性的实时Java程序的最坏情况执行时间预测更加安全和精确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容与各章节安排
• 2 实时JAVA的WCET分析
• 2.1 实时系统
• 2.2 WCET分析基本概念和目标
• 2.3 WCET分析方法
• 2.3.1 动态测量
• 2.3.2 静态分析
• 2.4 JAVA技术与JAVA虚拟机
• 2.5 JAVA用于嵌入式系统开发的优点
• 2.6 JAVA实时性分析
• 2.7 实时JAVA规范
• 3 基于JAVA字节码的WCET分析方法
• 3.1 可平台迁移的最坏执行时间分析
• 3.2 基于JAVA字节码的高层分析
• 3.2.1 WCETAn类
• 3.2.2 扩展的WCETAn类
• info结构'>3.2.3 Meth_info结构
• 3.3 基于JAVA字节码的底层分析
• 3.3.1 特殊的JAVA字节码
• 3.3.2 虚拟机时间模型
• 3.3.3 管道机制对WCET分析的影响
• 3.3.4 高速缓存机制对WCET分析的影响
• 3.4 综合分析
• 4 实验
• 4.1 实验环境
• 4.2 程序执行时间的测量方法
• 4.3 实验程序
• 4.4 实验过程
• 4.5 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 附录A 实验程序Dynamic
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢