[发明专利]一种基于分布函数的最坏执行时间WCET快速估计方法

说明书

技术领域

本发明属于实时嵌入式软件领域，特别涉及TI DSP技术中一种基于分布函数的最坏执行时间(WCET：Worst-Case Execution Time)快速估计方法，可用于评估DSP工程代码或者代码片段的最坏执行时间。

背景技术

在实时嵌入式软件系统中，系统对时间具有更加严格的要求，系统的正确性不仅与其程序的逻辑有关，还与其时间特性有关，只有在规定时间内完成规定的任务才是有效的，否则会导致该系统性能的降低甚至系统的失败。因此，事先获取系统中每个任务的最坏执行时间(WCET)对实时系统的时序分析等具有重要的意义。

目前，WCET分析主要包括三种方法：静态分析法、动态度量法和混合分析法。

动态度量法就是通过运行程序动态的测试程序的执行时间，进而分析得到WCET，然而该方法存在很大的弊端，首先该方法需要目标机，需要实际运行程序并需要大量的实验，耗费人力、物力、财力，并且在航天、航空领域，很多情况下不能模拟真实的目标机环境或者目标机昂贵，且对实时性要求较高，不可能让未经检验的程序在真实的目标机上运行。除此之外，该方法很难保证测量得到的结果是安全的，即无法保证不低估最差执行时间，因为很难保证所做的实际测量满足程序WCET的条件，对于现代处理器来说，此点更难做到。

混合分析法即将静态分析法和动态度量法相结合的方法，该方法具体分为两种情况，一种是首先对程序进行静态分析，即运用静态分析法进行分析，然后根据静态分析法的结果对程序进行运行测试，最终确定程序的WCET；另一种是首先对程序采用动态度量法进行测试分析，然后在动态度量法的基础上进行静态分析，进而确定程序的WCET。

无论采用哪种方法，混合分析法在包含静态分析法和动态度量法的优点上，也包含他们各自的缺点，并且混合分析法比较复杂。

静态分析法是通过理论分析估算得到程序的WCET,该方法不仅可以在不运行程序的情况下获得计算结果，而且能够保证得到的结果是安全的，因此，这是目前常用的方法。

传统静态分析方法一般由3个部分组成：①程序的控制流分析，主要分析确定程序可能的执行路径、最大循环次数和不可行路径等；②底层分析，主要考虑目标机器的特征，比如高速缓存、流水线、分支预测等，目的是确定每条汇编语句或者每个基本块执行的时间；③WCET计算，根据前两项信息，运用具体的计算方法对程序的WCET进行计算，主要计算方法分为基于路径的方法、基于树的方法和隐含路径枚举的方法。

总体上说，传统的静态分析方法是在WCET计算过程中，把每条汇编指令的执行时间作为确定值进行对待的，然后通过一定的方法得到程序的WCET，但此值也是确定的。

可以看到，传统的方法没有考虑到程序执行时间的不确定性，根据现在处理器的特点，这种方法显然是存在很大弊端的，因为现在处理器为了加速运算的速度采用很多先进的技术，比如高度缓存、流水线、分支预测等，使得程序执行时间的不确定性更加明显。

因此，程序的运行时间不是单一的某个值，而是某个范围的区间值。

目前针对此问题的解决方法主要是概率法求WCET，即pWCET，此概念是由Guillem Bernat在2003年提出来的，主要目的解决某段代码或者某个函数等的WCET的概率分布问题。运用此方法计算WCET的文献已发表很多，比如：

1)在2003年，Stefan M Petters提出的采用极值统计理论求解程序执行时间区间的方法。该文献的大概思想为，多次运行程序，得到很多个程序运行时间值，然后用Gumble概率函数逼近，求取程序运行时间极值，即为WCET值。分析此文献，可以很容易看出，此种方法不能算是纯粹的静态分析，因为它是对多次运行程序得到的时间值进行函数拟合逼近，求极值得到的WCET，同样具有动态度量法的局限性。

2)在2006年，胡明华、汤铭端在文献“基于分布函数的程序执行时间的静态预估”中提出的用概率分布模拟8087指令运行时间，进行指令叠加后用正态分布模拟整个程序执行时间的方法。然而，该方法事先需要对待分析程序进行很多的预处理，比如循环语句按照循环最大次数展开、分支判断语句则分为两支、case语句则分为多支等等，这在一定程度上限制了其适用性及自动化性，尤其对于大型的工程程序，需要大量的人力资源，具有很大的局限性。除此之外，该方法借鉴了计划评审技术(PERT)的思想，然而，该文献采用传统的PERT方法，其传统PERT方法本身具有很大的弊端，主要在于贝塔分布参数估计方法的不精确性。