实时软件时间变化影响分析研究

For real-time systems, correct time behavior is a key aspect. Existing researches focus on the design and implementation issues in such software. However, since the development of software scales cause the software maintenance to be complicated, real-time failures can also be introduced during the maintenance. The goal of this project is to propose a novel time change impact analysis for software maintenance, which is based on several software engineering techniques such as static program analysis, symbolic execution and software testing. The insight of our analysis is that by detecting the position in the program that is sensitive to the execution time when the program changes at such position, we can help software maintainers reduce or even avoid their chances in introducing time-related errors. Our analysis can be performed before the program change happens, so it has several advantages like low resource cost and automatic working. The achievement of this project impacts a great area in developing real-time trustworthy software, since the resulting materials developed in the project will build a practical mechanism to guarantee the time correctness in the maintenance of real-time software.

实时系统的时间正确性保障是工业控制领域的重要问题，以往的研究通常基于软件的设计与开发角度来考虑这一问题的。然而，随着计算机技术的发展，软件的规模越来越大，逻辑结构日益复杂，软件的修改与维护也变得越来越难以控制，因软件修改与维护而造成实时软件发生时间错误的状况时有发生。本课题拟结合软件维护领域针对软件功能的程序影响分析技术，从软件维护的角度来研究实时软件的实时性保障问题，并在软件工程相关技术方法(如程序分析、符号执行及软件测试等技术)的基础上，构建一种事前的针对时间的软件维护影响分析方法。该方法从检测实时软件中对软件修改较为敏感的位置点的角度，来帮助软件维护人员在维护和修改实时软件时减少与避免时间相关错误的引入，由于该方法在软件维护之前即可使用，因此具有实施成本低，实施过程全自动化等优点。本课题的研究成功，将建立有效的实时软件时间维护保障机制，为实时可信软件的构建提供有力的技术支持。

实时系统的时间正确性保障是工业控制领域的重要问题，以往的研究通常基于软件的设计与开发角度来分析与处理这一问题。然而，随着计算机技术的迅速发展，软件规模越来越大，逻辑结构日益复杂，软件的修改与维护也变得越来越难以控制，因软件修改与维护而造成实时软件发生时间错误的状况时有发生。本课题结合软件维护领域针对软件功能的程序影响分析技术，从软件维护的角度来研究实时软件的实时性保障问题，并在软件工程相关技术方法(如程序分析、符号执行及软件测试等技术)的基础上，构建了一种事前的实时软件维护时间影响分析方法。该方法从检测实时软件中对软件修改较为敏感位置点的角度，来帮助软件维护人员在维护和修改实时软件时减少与避免时间相关错误的引入，由于该方法在软件维护之前即可使用，因此具有实施成本低，实施过程全自动化等优点。本课题的研究建立了有效的实时软件时间维护保障机制，为实时可信软件的构建提供有力的技术支持。在本课题实施过程中，我们构建了实时系统时间变化敏感点分析理论，并开发了相应的原型系统。在多种不同类型的实例上进行的相关实验表明，实时系统的时间影响主要由程序结构和处理器调度、中断序列、多级缓存以及深度流水线等硬件微结构因素共同决定。基于本课题的研究，我们在国内外期刊和会议上共发表论文8篇,其中SCI高水平论文1篇，EI高水平论文6篇。共完成6项发明专利的申请，目前有2项中国国家发明专利已经获得授权，其余1项美国发明专利和3项中国国家发明专利正在审理之中，并获得了1项软件著作权授权。