Обобщенная модель функционирования модульных вычислительных систем реального времени для проверки допустимости конфигураций таких систем

Abstract

В работе рассматривается задача проверки допустимости конфигураций модульных вычислительных систем реального времени (МВС РВ). Конфигурация считается допустимой, если все работы успевают выполниться в рамках своих директивных сроков. В статье приведены формальные определения конфигурации МВС РВ и временной диаграммы (ВД) ее функционирования. ВД, соответствующая заданной конфигурации, необходима для проверки критерия допустимости для данной конфигурации. Автором предложена обобщенная модель функционирования таких систем, основанная на математическом аппарате временных автоматов с остановкой таймеров. Представлен метод построения модели конкретной МВС РВ по описанию ее конфигурации. Модель позволяет получить временную диаграмму функционирования системы по вычислению соответствующей сети автоматов. Математический аппарат сетей временных автоматов позволил доказать, что модель детерминирована, а также удовлетворяет ряду требований корректности, выделенных из спецификаций на МВС РВ. Предложенные методы реализованы программно. Проведено экспериментальное сравнение предложенного подхода с альтернативным подходом (верификацией моделей систем), использующим такой же математический аппарат. Эксперименты подтвердили эффективность разработанной модели. Для апробации на данных, приближенных к реальным, программная реализация модели была также интегрирована c существующим средством планирования вычислений в МВС РВ, используемым в промышленности. Результаты апробации подтвердили применимость предложенного подхода на практике. In this paper, we consider schedulability analysis problem for real-time modular computer systems (RT MCS). A system configuration is called schedulable if all the jobs complete within their deadlines. The paper contains formal definitions of a system configuration and a system operation trace which is necessary for checking the schedulability criterion. The author proposes a stopwatch automata-based general model of RT MCS operation. A model instance for a given RT MCS configuration is a network of stopwatch automata and it can be built automatically using the general model. A system operation trace can be obtained from the corresponding NSA trace. The stopwatch automata formalism allowed us to prove that the model is deterministic and satisfies a set of correctness requirements derived from RT MCS specifications. We implemented our approach in software and compared it experimentally with Model Checking approach, which uses the same formalism. The results of the experiments confirm that our approach is much more efficient. The software implementation is also integrated with the existing industrial RT MCS scheduling tool. These experiments showed the applicability of the proposed approach to real scale systems.