[發明專利]一種面向分布式系統的任務可調度性驗證方法

在審

• 申請號: 202110994159.X
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113806924A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 朱國鋒;遲鵬程;于樂
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18;G06F111/02
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 楊慧

本發明公開了一種面向分布式系統的任務可調度性驗證方法，包含以下步驟：步驟一、采用基于時間自動機模型的處理器模型、任務模型、調度模型以及網絡總線模型四個方面對分布式系統進行仿真；其中，任務模型在任務下達后將任務置于就緒狀態，并根據調度模型的調度以及任務的屬性對任務的狀態進行調整；調度模型根據調度規則將任務調度到處理器模型或者網絡總線模型上；處理器模型或網絡總線模型在將收到調度模型分配的任務后根據自身模擬的處理器或總線進行空閑和占用狀態的切換；步驟二、借助仿真分析工具對任務是否在截至時間完成、總線的占用情況以及處理器的占用情況進行驗證與分析，從而對分布式系統的任務可調度性作出判斷。

技術領域

本發明涉及一種面向分布式系統的任務可調度性建模仿真驗證方法。

背景技術

對分布式系統而言，任務的可調度性是其重要特性，它對整個分布式系統的安全運行有著至關重要的影響。在機載領域的分布式系統，不僅要求任務運行結果的正確性，同時也要求其滿足時間約束，因此機載分布式系統的任務可調度性分析是保證系統正確運行的關鍵步驟。

伴隨著技術的發展與更迭，航空電子系統架構從聯合式發展到綜合模塊式再到分布式綜合模塊式，機載場景越發復雜、功能應用不斷增多。與此同時，隨著具有時間和空間分區隔離特征的ARINC653標準和涉及任務分配與核間調度等復雜情況的多核處理器的應用與推廣，任務間的交聯關系從上到下越發復雜，信息傳輸時延的不確定性因素也越來越多，系統實時特性的判斷與驗證的難度變得越來越大。這都對機載環境下的嵌入式實時系統的任務可調度性增添了新的挑戰。

有限狀態自動機(finite state automaton)是一種形式化的計算模型，其擁有有限數量的狀態，狀態間可根據條件進行遷移。時間自動機是帶有一個有限時鐘集合的有限自動機，每個時鐘都是一個取值范圍為0或正數的變量，此外其還附帶了若干的實值變量，自動機狀態之間的轉換要滿足時鐘等約束條件才會發生。UPPAAL是針對時間自動機的建模、仿真和驗證工具，由Uppsala大學和Aalborg大學共同開發，在實時系統模擬驗證方面有較多的應用。

發明內容

本發明的發明目的在于針對機載環境下的分布式航空電子系統架構，提出一種面向分布式系統的任務可調度性驗證方法。基于時間自動機形式化建模語言，建立分布式系統各環節的關鍵模型，通過仿真評估分布式系統任務的可調度性，由此促進系統實時性能的優化、降低潛在的系統風險。

本發明的發明目的通過以下技術方案實現：

一種面向分布式系統的任務可調度性驗證方法，包含以下步驟：

步驟一、采用基于時間自動機模型的處理器模型、任務模型、調度模型以及網絡總線模型四個方面對分布式系統進行仿真；其中，任務模型在任務下達后將任務置于就緒狀態，并根據調度模型的調度以及任務的屬性對任務的狀態進行調整；調度模型根據調度規則將任務調度到處理器模型或者網絡總線模型上；處理器模型在將收到調度模型分配的任務后根據自身模擬的處理器進行空閑和占用狀態的切換，網絡總線模型在將收到調度模型分配的任務后根據自身模擬的總線進行空閑和占用狀態的切換；

步驟二、借助仿真分析工具對任務是否在截至時間完成、總線的占用情況以及處理器的占用情況進行驗證與分析，從而對分布式系統的任務可調度性作出判斷。

本發明的有益效果在于：

1基于處理器、總線、任務和調度模型，能夠仿真包括基于ARINC653標準的分區調度、基于同構多核負載均衡的動態調度、基于處理器核綁定的靜態調度等多種分層調度，評估計算資源占用情況和處理器任務可調度性；

2通過任務模型的屬性描述，可以體現包括共享資源占用、相關任務依賴、信息傳輸緩沖、處理器核綁定等多種情況，讓系統仿真更貼近實際情況；