全数字实时仿真平台SkyEye的同步数据流语言可信编译器的构造

随着计算机控制系统在人们生活中的普及,软件自身的可靠性也越来越受到重视.在航空、高铁、核电及军事等高安全要求领域的软件系统——安全关键系统(safety-critical system,简称SCS)更是受到高度的重视.而随着软件系统的复杂度越来越高,软件系统的安全性保证也变得越来越困难.这些系统的开发,仅仅依靠过程规范、代码审核和系统测试来保证软件安全还远远不够,通常需要采用形式化验证方法来保证软件可靠性.全数字实时仿真平台SkyEye的同步数据流语言可信编译器的构造在某些安全性严格要求的领域,不但对目标系统的开发需要形式化方法来保证,而且开发过程所需工具,如编译器等,也必须经过形式化验证.

同步模型与同步数据流语言

工业生产中的很多实时系统(如控制系统)都是响应系统,它是以环境决定的速率对环境做出连续响应的系统.此环境可以随时提供新的输入,系统通过运算产生新的输出,使得程序不断地与环境进行交互,且以并发的方式体现.

同步模型是为了适应响应系统而开发的程序运行模型.它把响应系统分成连续的原子时间片(响应周期),每个时间片又分成事件采集、逻辑运算和事件发射这3个阶段,从而有效地满足响应系统的要求.在同步模型中,事件的采集、逻辑运算和事件的发射必须在同一个响应周期内完成,这称为同步模型的同步假设.时间片的大小是由响应系统的环境决定的.同步假设的有效性检查,就是评估系统对环境的最大响应时间能否满足环境要求.图 1为同步模型示意图.

编译器的可信

对于编译器来说,可信的具体指标就是其正确性,要保证从源程序到目标程序的翻译过程正确,即,保证源语言的特征被正确、完整地实现,能够实现语义保持性,杜绝误编译.

为了保障编译器实现的正确性,传统的方法是通过大量的测试.例如,GCC(4.7版)的torture测试集包含2 853个C源程序用例,商用的Plum Hall Standard Validati