[发明专利]监控设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种监控设备。具体但不排他地，本发明涉及一种适 合于在时间触发嵌入式系统中检测任务超限(overrun)的监控设备。

背景技术

嵌入式处理器普遍存在：它们形成大量日常物品(汽车、飞机、 医疗设备、工厂系统、移动电话、DVD播放器、音乐播放器、微波炉、 玩具等)的核心组件。在一些情况下，可以分别针对特定功能来采用 多个嵌入式处理器。例如，典型的现代汽车可以包含大约五十个嵌入 式处理器。

在可预测行为成为重要考虑的应用中(如在汽车系统、航天系统、 医疗系统、工业系统，以及在许多电子产品和大型家用电器中)，至关 重要的是使用可靠的系统，并且该系统以高度可预测的方式进行操作。 出于安全考虑，这很重要，但也是由于可靠设备在其使用寿命期间可 能引起减少的维护和/或维修成本(并导致用户的不便)。因此，重要 的是，这样的系统足够健壮，并且可以快速并容易地检测到故障，使 得可以采取适合的操作。

时间触发(TT)嵌入式系统是执行一组周期性任务的实时系统。 已提出了各种形式的TT体系结构，范围从具有协作任务调度的最简单 形式的“循环执行式”体系结构到采用抢占的单调速率的体系结构。

特别关注的是采用协作任务调度的TT系统。这些系统也被称为 “时间驱动的循环执行式”。采用时间触发协作(TTC)调度的嵌入式 系统能够具有高度可预测的行为模式，包括非常低水平的任务抖动。 当与TTC实现方式具有非常低资源要求的事实相结合时，该体系结构 是对成本敏感/安全相关应用(包括汽车控制)的合适选择。

不幸的是，在一个或多个任务超出其预测的“最差情况”执行时 间(WCET)的情况下，TTC系统的行为会变得不可预测。这种情况 被称为任务超限。在硬实时系统中，任务超限可能对所采用的系统并 可能对用户产生严重后果。因此，需要系统恢复机制，并且，响应于 对这种时间约束的违反必需立即触发该机制。为了实现这一点，需要 连续监控该系统的时间行为。

过去数十年，许多研究集中在对实时系统的运行时间行为的监 控。所采用的方法可以分为三类：

·基于硬件的监控方法

·基于软件的监控方法

·混合监控方法。

这三种方法分别具有其如下所述的优点和缺点。

基于硬件的监控涉及目标系统的非侵入式观察，但是通常昂贵而 复杂。与目标系统分离的监控系统需要附加硬件。监控系统通常包括 连接至目标系统并探查来自其总线、存储器系统和输入/输出信道的信 号的复杂体系结构。该监控系统然后使用该信息来模仿目标系统并从 而发现其状态。然而，该方法需要复杂的硬件，特别是对目标系统定 制的硬件。此外，由于现代微控制器中组件的小型化和集成，很难对 来自一些总线或存储器端口的信号进行测量。此外，微控制器具有有 限数目的管脚，这可能使以上方法变得不可行。

另一方面，基于软件的监控价格低廉、简单并灵活。在目标系统 的软件程序中感兴趣的点处插入探测码(也被称为软件传感器)。软件 传感器被设计为在那些感兴趣的点处对目标系统的状态进行记录。然 而，该布置将产生对目标系统的运行时间行为的某种程度的干扰，这 是由于软件传感器不仅与目标系统共享资源，而且不可避免地增加了 系统的计算复杂度。已开发了许多不同的技术，以尝试最小化这种所 谓的“探针效应”对目标系统行为的影响。一种方法是构造监控系统 作为目标系统的永久部分。这避免了必须移除软件探针而导致系统行 为畸变。另一种方法提出，仅当不能对数据值进行重构时才存储数据 值。此外，提出使用内嵌软件传感器来代替作为函数调用的传感器。 这两种技术可以优化软件监控方法的空间和时间方面。然而，软件监 控的探针效应由于其侵入属性而不能被完全消除。

混合监控方法使用软件和硬件监控的组合，并减轻了两种方法的 某些缺点。在这种方法中，软件监控系统捕获目标系统中感兴趣的事 件，并将这些事件传递至外部专用硬件设备，以进一步进行分析。因 此，这种方法可以最小化由软件监控方法引起的探针效应，并可以减 少与目标系统的硬件连接的需要。然而，仍需要特别定制的硬件平台 及其附带的成本。

因此，本发明的目的是提供一种可以改善上述问题中的一些或全 部的解决方案。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于处理器的监控设备，包 括：