26、嵌入式系统设计中的计算模型与早期设计阶段

嵌入式系统设计中的计算模型与早期设计阶段

在嵌入式系统设计中，软件的复杂性和并发问题常常给开发者带来挑战。其中，死锁问题是一个不容忽视的难题。使用线程、信号量和互斥锁编写的非平凡软件，对人类来说理解起来十分困难，即使经过非常严格的代码检查，也可能存在疏忽的风险。有观点认为，“使用线程、信号量和互斥锁编写的非平凡软件对人类来说是难以理解的”，并且“线程作为一种并发模型并不适合嵌入式系统，它们仅在尽力而为的调度策略足够的情况下才能良好工作”。

死锁的发生需要在运行时满足四个条件：互斥、资源不可抢占、持有资源并等待更多资源，以及线程之间存在循环依赖。在一些实际例子中，这四个条件很容易同时满足。对于个人电脑来说，罕见的死锁可能是可以接受的，但对于安全关键系统而言，死锁显然是不可接受的。

为了避免关心可能的死锁问题，研究非冯·诺依曼计算模型（MoCs）是很有意义的。而且，从需求列表来看，不存在单一的形式语言能够满足所有需求。在实践中，我们必须做出妥协，可能还需要混合使用多种语言，每种语言适合描述特定类型的问题。实际设计中语言的选择将取决于应用领域和设计环境。

1. 计算模型（MoCs）

计算模型描述了执行计算所假定的机制。一般来说，我们需要考虑由组件组成的系统，并且要严格区分组件内的计算和组件间的通信。MoCs主要定义以下两个方面：
- 组件及组件内计算的组织 ：可能的组件包括过程、进程、函数、有限状态机等。
- 通信协议 ：描述组件之间的通信方法，例如异步消息传递和基于会合的通信。

组件之间的关系可以用图来表示，在这些图中，计算也可称为进程或任务，它们之