嵌入式系统性能评估的基准程序方法

已 有 的 系 统 性 能 评 估 方 法 可 以 分 为 解 析 法R模 拟 法 R测 量 法 和 基 准 程 序 法 S 它 们 各 有 特 点 "分 别 适 用于处于生命周期中不同阶段的目标系统S在事务 处 理 系 统 和 实 时 系 统 !含 嵌 入 式 系 统 )中 已 得 到 了 广 泛 应用"本文关 注 的 是 嵌 入 式 系 统 性 能 评 估 的 基 准 程序法S
)’*’+,-.把实时系统定义为这样 一 个 系 统" 它 即 使在存在故 障 的 情 况 下"也 必 须 按 某 种 定 时 方 式提供所希望的服务#如果实时系统是由计算机为 核 心 构 成 的"那 末"它 又 可 以 被 称 为 实 时 计 算 机 系 统 "它 能 及 时 反 应 外 部 事 件 的 请 求 "在 规 定 时 间 内 完 成 对 该事件的处 理"并 控 制 所 有 实 时 设 备 和 实 时 任 务 "协 调 一 致 地 运 行 #
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图 ! 一个典型的实时系统结构
接 口 "它 是 一 个 典 型 的 数 字 与 模 拟 的 混 合 系 统 #而 各 类 系 统使用人员$受 控 对 象 或 物 理 过 程 等 组 成 了 环 境#广义控制器按一定的方式通过环境接口与环境 进行相互作用#
在 图 !中"使 用 人 员 通 过 人 机 接 口 与 实 时 系 统 进 行 交互%控制器 通 过 传 感 器 采 集 受 控 对 象 或 物 理 过 程 的 状 态 信 息 %输 入 接 口 把 人 所 发 出 的 指 令 $输 入 电 信 号等转换为 控 制 器 能 够 接 受 的 形 式%控 制 器 完 成 规 划 $计 算 和 控 制 等 任 务 %输 出 接 口 把 控 制 器 的 命 令 转 换为执行器 能 够 识 别 的 信 号%执 行 器 接 受 控 制 器 所 发 出 的 命 令 "改 变 受 控 设 备 的 状 态 #
摘 要 Q计 算 机 系 统 的 性 能 可 以 由 处 理 能 力 R可 信 性 R功 耗 R体 积 和 重 量 等 方 面 的 指 标 来 进 行 表 征 S 性 能 评 估 的 基 本 手 段 有 解 析 法 R模 拟 法 R测 量 分 析 法 和 基 准 程 序 法 "它 们 各 有 特 点 "分 别 适 用 于 处 于 生 命 周 期 中 不 同 阶 段 的 目 标 系 统 S其 中 "基 准 程 序 法 因 具 有 直 接 R简 单 R低 费 用 等 优 点 而 被 广 泛 地 用 来 评 估 系 统 的 处理能力S#$世纪 T$年代末启 动 了 用来 评 估 可 信性的可信性基准程序的研究S文中对嵌入式系统 性能评估的基准程序方法进行了综述S
实 时 系 统 的 物 理 结 构 可 以 是 集 中 式 的"也 可 以 是分布式的#控制器可以是一个由继电装置所构成 的 电 气控制器$或 者 是 一 个 由 电 子 元 器 件 所 构 成 的 电 子 控制器"或者 是 一 个 由 计 算 机 所 构 成 的 可 编 程 控 制 器"而计算机 则 既 可 以 是 一 个 简 单 的 微 处 理 机 系 统 "也 可 以 是 一 个 多 处 理 机 系 统 "或 者 是 一 个 地 理 上分布的分布式计算机系统或计算机网络# &’( 实时系统及其可预测性
上述模型中的其它虚拟机与经典计算机体系结 构层次模型中的 相 应 虚 拟 机 是 相 同 的"但 引 入 了 一 个 新 界 面 "即 @应 用 软 件 与 计 算 机 系 统 界 面 A#对 这 一 界面的深刻理解"将 有 利 于 计 算 机 系 统 开 发 人 员 构 造 出 高 性 能 计 算 机 系 统 3由 系 统 软 件 和 硬 件 构 成 ?#
& 实时系统基本概念
ncn 系统与环境 实时系统!或称为时间 关键系统)是指系统对
特定输入做出反应的速度足以控制发出实时信号的 对象的一类系统S一个典型的实时系统的结构如图 &所 示 S其 中 "控 制 器 R输 入 接 口 R输 出 接 口 等 组 成 了 广 义 控 制 器 "人 机 接 口 R传 感 器 和 执 行 器 组 成 了 环 境
关 键 词 Q实 时 系 统 ’嵌 入 式 系 统 ’性 能 评 估 ’性 能 基 准 程 序 ’可 信 性 基 准 程 序
中 图 分 类 号 QJ*%$# 文 献 标 识 码 Q3 文 章 编 号 Q&$$&U ##VW!#$$#)$(U $$(%U $X BYZ[\F][QJ<+^+,-.,/012+.-02./^P5+,4:4_ 5+/ >42<0,025+,>‘+87:4+M+,0a^,.^+,5>+4"4P2<04 ^,.2+44>1? 07>a>5:"8+^+1807>a>5:"^.b+, 8>44>^0_ 5>.1"4>‘+018b+>?<5cO.P,-P180/+150a0^^,.02<+4 -.,^+,-.,/012+ 044+44/+150,+ 010a:4>4"4>/Pa0_ 5>.1"/+04P,+/+15 704+8/+5<.80187+12</0,=_ >1?cJ<+:<0M+8>--+,+15^,.^+,5>+4"0180,+4P>507a+ -.,8>--+,+15450?+4>15<+a>-+2:2a+4.-050,?+54:4_ 5+/c3/.1? 5<+4+0^^,.02<+4"7+12</0,=>1? <04 7++1 02<>+M+8 0/.P15.-2.14>8+,05>.1 >1 ,+2+15 :+0,4"7+20P4+>5<048>,+25"4>/^a+018a.b 2.45 ^,.^+,5>+4c J<+ 8+M+a.^/+15 .- 8+^+1807>a>5: 7+12</0,=>1? <047++1 450,5+8 4>12+5<++18 .&TT$d4cJ<>4^0^+,?>M+40 4P,M+,.-5<+ ^+,-.,_ /012+7+12</0,=>1?-.,+/7+88+84:45+/4c efghi\jZQ,+0a5>/+4:45+/4’+/7+88+84:4_ 5+/4’^+,-.,/012+044+44/+15’^+,-.,/012+7+12<_
当 代 实 时 系 统 多 为 实 时 计 算 机 系 统"其 体 系 结 构模型是在经典计算机体系结构层次模型的应用虚 拟机层上增加一个@环境接口A层次"如图 /所示#因
图 / 实时计算机体系结构的层次结构
为实时系统设计需要深刻地了解和掌握环境中所包 含 物 理 过 程 $外 部 设 备 $操 作 人 员 等 的 工 作 特 性 #
一个可靠性指标达到特殊要求的系统可被称可 靠 系 统 ! 可 靠 性 的 定 量 表 示 $称 为 可 靠 性 指 标 %是 基 于 统 计 学 原 理 的 "主 要 有 可 靠 度 )可 用 度 )失 效 率 )平 均寿命等属性!
美 国 的 电 子 交 换 系 统 $*++%要 求 在 ,-年 内 停 机 时 间 小 于 ./"这 是 一 个 高 可 靠 系 统 的 典 型 实 例! 可靠系统的主要目标是在符合要求的条件下尽可能 地 维 持 系 统 的 功 能 !因 此 "所 采 用 的 技 术 途 径 的 重 点 是 降 低系统的故 障 率"而 不 是 非 得 要 求 对 系 统 失 效 的 后 果 予 以 考 虑 !这 类 系 统 中 有 的 属 于 可 修 系 统 "有 的属于不可修系统! &’0 系统安全性与安全系统
然 而 "环 境 与 系 统 的 界 面 $应 用 软 件 与 计 算 机 系
F机 械 与 电 子 G/HH/3E?
统的界面在经典计算机体系结构中不是作为重点来 强 调的!但是"对于实时系统体 系 结 构 设 计"上 述 # 个 界 面 的 划 分 及 其 上 下 层 内 容 的 确 定 $界 面 定 义 %都 显得很重要! &’( 可靠系统
实时系统的主要特点是必须保证处理结果的时
间正确性#这种正确性体现在 /个方面0 1’每 种 处 理 的 开 始 时 刻 或 者 处 理 结 果 的 提 交 时
刻必须满足响应的时间要求# 2’各 个 不 同 处 理 之 间 必 须 按 照 一 定 的 时 间 顺 序