陈香兰，李 曦，汪 超，周学海

(中国科学技术大学计算机科学与技术学院，安徽 合肥 230027)

1 引言

航空航天、汽车电子和轨道交通等硬实时HRT(Hard Real-Time)系统需要严格的时域控制，要求系统设计满足时间可预测性，以保证时序行为确定性和安全隔离。所谓“时间可预测性”一般指静态地计算程序执行时间(Execution Time)的安全和精确上界的能力，与计算机体系结构和任务执行机制密切相关。现代的计算机系统通过在各个层次引入计算并行化和访存缓存化等优化机制，虽然有效提升了系统的平均性能，却也带来了严重的时序不确定性问题。另一方面，传统实时系统设计采用优先级调度策略，依赖定时器尽力而为地满足任务执行的时间约束，但定时器为处理器外设，与指令执行异步，且优先级调度可能存在时序异常等问题。这两方面的原因导致程序执行时间在设计阶段难以紧致确定，且平台依赖，难以验证。因此，现有设计方法只能基于保守设计思想，以最坏情况执行时间WCET(Worst-Case Execution Time)分析理论为基础，采用时序相对简单的系统架构或过量资源预留策略，导致实际应用中的资源利用率甚至不足30%。即便如此，在设计时仍然无法保证可预测性，操作的正确性只能事后验证。

未来的实时系统具有混合关键系统MCS(Mixed Critical System)特征，要求为时序关键(Timing Critical)应用提供实时性保证，为安全关键(Safety Critical)应用提供时空隔离能力，为其他应用提供高性能算力。因此，需要构建严格的紧致时间MTTT(Multi-Tier Tight Timing)设计方法，需要突破现有计算机体系结构理论和方法的局限，建立软硬件混合系统的建模方法。……