资源受限的安全关键实时嵌入式系统的设计优化技术

发布时间：2024-05-14 05:20

　　实时嵌入式系统在各个工业应用领域都有广泛的应用。本文主要关注汽车、航空等安全关键应用领域。以汽车领域为例,下一代汽车的电气化、智能化与自动化的大趋势,导致汽车电气电子系统的规模和复杂度日益增长,现代高端汽车的电子系统已经成为一个包含数十甚至上百个电控单元(ECU)、通过多种网络协议不同的总线互联的复杂分布式系统。系统的设计、分析与开发具有较高挑战性,需要考虑多种需求与约束,包括:多个不同安全级别的应用共存,形成混合关键性系统,需要同时通过多个级别的安全认证;系统硬件资源由于成本与功耗的原因而较为受限;安全关键应用具有硬实时性需求,必须严格满足截止期;安全关键应用需要较高的可靠性与容错性,尤其需要防范恶劣环境中运行时常见的软错误;集成化异构硬件平台需要高性能低功耗的硬件协处理器,用于加速深度学习与其它算法的实时运行。针对这些挑战,本文提出了一系列的设计优化算法,包括:·安全关键的实时嵌入式系统必须同时满足严格的时间约束以及很高的可靠性和容错性要求。控制流检测(CFC)通过在运行时监视和检查程序的控制流来判断运行时的实际控制流是否偏离控制流图,能有效地提高嵌入式系统的可靠性。现有基于软件的...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1一个典型的高性能集成混合关键性系统

此不能依赖云端处理。为了提高ANN的计算性能，尤其是推断阶段性能，针对ANN的硬件加速器近年来在学术界与工业界均引起了广泛关注。日益复杂的ADAS和自动驾驶应用功能，以及硬件平台的整合趋势，导致了集成硬件平台对运算能力的巨大需求。为了达到高性能与低功耗的设计目标，集成硬件平台趋向....

图2-1任务执行时间的概率分布[1]

2相关工作我们首先介绍实时系统的基本背景知识，然后分别讨论各个章节的具体相关工作。2.1实时系统背景知识如第1.1.3节提到，为了确保系统的实时性，设计者需要对任务、节点和系统三个层面的时间特性进行分析。我们简要描述这几个层面的实时系统理论。2.1.1WCET分析与优化单个任务的....

图2-2控制流检测插桩对程序执行时间概率分布的影响

浙江大学博士学位论文2相关工作基本块执行时间的增量相似，这使程序执行时间的概率分布曲线整体向右移动，同时大幅延长了程序的最差执行时间WCETFCFC。相比之下，部分控制流检测选择性地对部分基本块（尤其是不在WCEP上的基本块）插桩。虽然这会导致程序ACET的增长....

图2-3CCA无法检测到的控制流错误[2]

内部到另一个基本块开头或末尾的控制流错误，还能检测一部分从一个基本块的开头或末尾到另一个基本块的开头或末尾的控制流错误。CCA在每个基本块首尾进行复杂的队列操作，还需要根据队列的长度判断是否发生控制流错误，因此运行时开销较高。由于同一基本块的后继基本块共享相同的CFID，这些后继....

本文编号：3973245