嵌入式多线程程序数据竞态条件的分析与研究

发布时间：2017-04-20 18:16

  本文关键词：嵌入式多线程程序数据竞态条件的分析与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算机技术和嵌入式技术的飞速发展,嵌入式系统应用范围的扩大,片上多核处理器(CMP)在嵌入式硬件领域中开始占据市场并成为主流趋势,多线程编程技术在嵌入式领域中逐渐成为人们关注的焦点。它给人们带来了高性能和高速度的用户体验同时,也产生了一些问题。例如：对嵌入式软件的开发与调试多线程程序仍旧是很困难的事情；由于多线程编程本身的复杂性、线程并发性,所以嵌入式系统中多线程程序也同样存在不确定性问题；这种不确定性常常引发嵌入式多线程程序产生竞态条件故障,特别是数据竞态条件故障。目前的有关数据竞态条件的检测分析工具主要有三种：静态分析法,动态分析法,动静相结合分析法。但是它们都基于普通PC平台而开发的,在数据竞态条件的检测分析性能方面还有待提升,并且用于检测与分析嵌入式多线程程序的专门工具几乎没有。本文在上述的研究基础上,开展了针对嵌入式多线程程序数据竞态条件的分析与研究,将动态执行路径检测与静态数据竞态条件分析相结合,设计并实现了一个嵌入式多线程程序的数据竞态条件分析系统。本文主要研究内容和创新点如下：1、嵌入式多线程程序的执行路径追踪技术。针对嵌入式系统有限的软硬件资源和程序调试比较困难的情况下,本文在嵌入式虚拟仿真的基础上,借助于动态二进制插桩平台Valgrind插件技术,设计与实现了一个动态路径追踪插件原型工具Pathtracing。它用于在嵌入式多线程程序运行过程中对其执行过程进行动态路径追踪。2、嵌入式多线程程序的数据竞态条件检测分析方法。针对目前常用的数据竞态条件分析与检测方法是无法适用于嵌入式软件的现状,本文基于形式化验证工具(SMT求解器),提出一种嵌入式多线程程序的数据竞态条件静态检测分析方法。3、嵌入式多线程程序的数据竞态条件分析系统。本文在上述内容的研究基础上,将其进行融合,也就是将嵌入式多线程程序的动态执行路径追踪与静态数据竞态条件检测与分析相结合,设计与实现了一个嵌入式多线程程序的数据竞态条件分析系统。并且通过实验对其可行性与有效性进行了充分的验证。
【关键词】：嵌入式 多线程程序 数据竞态条件 执行路径追踪 分析系统
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP314;TP368.1
【目录】：

• 授予学历硕士人员登记表4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 选题背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.3 本文研究目标与主要工作20-21
• 1.4 本文的组织安排21-24
• 第二章 研究基础24-38
• 2.1 嵌入式系统及其基本结构24-25
• 2.2 数据竞态条件25-26
• 2.3 常见数据竞态条件的动态检测技术26-29
• 2.3.1 基于监视器的检测技术27
• 2.3.2 基于发生序的检测技术27-28
• 2.3.3 基于锁集的检测技术28-29
• 2.4 Valgrind插桩平台29-34
• 2.4.1 插桩过程30-32
• 2.4.2 插件工具编写32-34
• 2.5 嵌入式虚拟化34-35
• 2.6 Yices求解器中DPLL求解规则与策略35-38
• 2.6.1 DPLL求解规则36
• 2.6.2 DPLL求解策略36-38
• 第三章 基于二进制动态插装的多线程程序的执行路径追踪技术38-50
• 3.1 概述38-39
• 3.2 路径追踪方法的相关概念39-40
• 3.3 路径追踪方法的工作原理40-42
• 3.4 路径追踪工具的整体设计与实现42-47
• 3.4.1 整体设计42-43
• 3.4.2 线程封装43-45
• 3.4.3 动态插桩路径追踪45-47
• 3.5 实验验证47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 基于SMT求解器的嵌入式多线程程序数据竞态条件分析50-64
• 4.1 概述50-52
• 4.2 嵌入式多线程程序数据竞态条件描述52-53
• 4.3 SMT(可满足性模理论)的概述53
• 4.4 SMT理论求解器(T-求解器)53-54
• 4.5 基于SMT求解器数据竞态条件分析方法的相关概念与定理54-56
• 4.6 基于SMT求解器的数据竞态条件检测方法56-61
• 4.6.1 建立有关时序约束条件56-57
• 4.6.2 构建Yices求解器的输入量57-58
• 4.6.3 数据竞态条件的检测框架与分析流程58-61
• 4.7 实验验证61-63
• 4.8 本章小结63-64
• 第五章 嵌入式多线程程序的数据竞态条件分析系统64-74
• 5.1 概述64
• 5.2 分析系统的搭建64-66
• 5.2.1 ARM硬件平台仿真64-65
• 5.2.2 数据竞态条件分析系统的设计框架65-66
• 5.3 实验测试平台参数66-67
• 5.4 实验设计与分析67-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 本文总结74-75
• 6.2 未来工作75-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-84
• 附录A 硕士期间发表的论文专利与软著84-86
• 附录B 硕士期间参与项目86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈艳;徐晓峰;汤伟宾;郭东辉;;一种基于宿主机/目标机架构的追踪/重演方法[J];仪器仪表学报;2009年10期

  本文关键词：嵌入式多线程程序数据竞态条件的分析与研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：319263