[发明专利]一种复杂同步语言程序的化简转化和自动验证方法

说明书

本发明提供了一种复杂同步语言程序的化简转化和自动验证方法，包括对复杂同步语言程序进行词法分析、语法分析后生成与源程序对应的抽象语法树。基于程序等价转化的思想，将复杂同步语言程序的抽象语法树进行化简并转化为简单同步语言程序的抽象语法树。遍历转化后的抽象语法树，得到一个与源程序功能等价并且只包含简单同步语言语法结构的程序。将该程序作为简单同步语言模型检测工具的输入，得到验证结果，从而实现对复杂同步语言程序的自动验证。

技术领域

本发明涉及计算机软件领域，尤其涉及一种复杂同步语言程序的化简转化和自动验证方法。

背景技术

同步数据流语言(简称同步语言)是一种常用的嵌入式系统程序设计语言，例如：Esterel、Lustre、Signal和SCADE等。在航空、航天、交通等安全关键领域的装备研发中，同步语言通常被用于实现实时嵌入式自动控制系统。同步语言是一种声明式语言，其基本数据抽象是流，即由一个变量在多个时钟上的值构成的序列，同步语言只支持bool、int和real基本类型数据流。流通常用(r,s,t)表示，括号内的r、s、t分别表示流在第1、2、3个时钟所对应的值。一个同步语言程序由多个节点(node)或函数(function)构成，每个节点和函数具有零个或多个输入流以及一个或多个输出流，一个函数也可以有内部流。以如下的一个Lustre同步语言程序为例进行说明：

node abs(X:int,B:bool)return(Y:int)

let

Y＝if B then X else-X；

tel

其中，函数abs有两个输入流X和B以及一个输出流Y。其中，X和Y都是int类型的流，B是bool类型的流。假设X＝(1,2,3,4,5,6)，B＝(true,false,true,false,true,true)，那么可以得出Y＝(1,-2,3,-4,5,6)。

更为复杂的同步语言通常使用更多的语言结构来精简代码，例如SCADE语言。下面通过实例介绍SCADE语言的主要语言特性，包括区别于简单同步语言的复杂语言结构和自动机(automaton)。

上面的SCADE程序包含了一个自动机，自动机中各个状态之间的迁移关系如图1所示。该程序中的EVEN为初始状态，该自动机中的所有迁移都是强迁移：如果迁移条件满足，就跳转到迁移的目标状态，然后执行目标状态中的代码；如果迁移条件不满足，状态不发生改变，并执行当前状态中的代码。

下面程序中的迁移为弱迁移：

上面的SCADE程序包含了一个自动机，自动机中各个状态之间的迁移关系如图2所示。注意该自动机中的所有迁移都是弱迁移：如果迁移条件满足，就执行当前状态中的代码，然后跳转到迁移的目标状态；如果迁移条件不满足，状态不发生改变，并执行当前状态中的代码。在很多程序中，自动机中兼有强弱迁移。

对于语法比较简单的同步语言程序的模型检测等自动验证技术比较完善：先对源程序进行词法分析、语法分析以及语义分析得到源程序对应的抽象语法树(AbstractSyntax Tree,AST)，然后对抽象语法树进行化简、内联、逻辑公式构建等操作得到一个逻辑公式，最后将这个逻辑公式输入到可满足性求解器中进行求解得到验证结果。已有同步语言程序的模型检测工具均采用这种方法实现。但是这些模型检测工具只能检测Lustre等语法结构简单的同步语言程序，并不能检测SCADE等语法结构复杂的同步语言程序。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种复杂同步语言程序的化简转化和自动验证方法。

为实现本发明的目的，提供一种复杂同步语言程序的化简转化和自动验证方法，包括如下步骤：