RTEMS操作系統(tǒng)形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的開題報(bào)告

RTEMS操作系統(tǒng)形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的開題報(bào)告一、選題背景及意義實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）是一種可以滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崟r(shí)性需求的操作系統(tǒng)。RTEMS是一款開源的、實(shí)時(shí)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，它可以在各種處理器體系架構(gòu)和各種應(yīng)用場(chǎng)景下使用。RTEMS在嵌入式系統(tǒng)、航空航天領(lǐng)域、信號(hào)處理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。形式化方法是一種在軟件開發(fā)過(guò)程中使用嚴(yán)格數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)規(guī)范軟件設(shè)計(jì)的方法，它可以幫助開發(fā)者降低代碼出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)、提高代碼質(zhì)量。形式化方法在軟件開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，但在RTOS開發(fā)中應(yīng)用形式化方法仍有很大困難。因此，本文選取RTEMS操作系統(tǒng)為研究對(duì)象，著重研究形式化方法在RTOS開發(fā)中的應(yīng)用。具體地，我們將設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)，為使用形式化方法進(jìn)行RTOS開發(fā)提供必要的支持。二、研究?jī)?nèi)容及思路（一）研究?jī)?nèi)容1.研究目標(biāo)：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)，支持模型檢查、定理證明、模擬仿真等操作。2.研究?jī)?nèi)容：（1）時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型的建立和處理，以支持時(shí)序邏輯的建立和驗(yàn)證。（2）支持對(duì)RTOS中任務(wù)、信號(hào)量、消息隊(duì)列等基礎(chǔ)對(duì)象的建模。（3）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)形式化語(yǔ)言，支持在RTOS開發(fā)中使用。（4）支持系統(tǒng)規(guī)約和屬性描述的形式化表示與驗(yàn)證，包括安全性、活性、時(shí)序等屬性。（5）實(shí)現(xiàn)形式化工具鏈，包括模型檢查、定理證明、模擬仿真等工具。（二）研究思路1.研究時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型的建立和處理，以支持時(shí)序邏輯的建立和驗(yàn)證。（1）建立時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型，對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行建模；（2）對(duì)時(shí)間自動(dòng)機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化，以縮小模型規(guī)模；（3）與時(shí)序邏輯相結(jié)合，建立相應(yīng)的驗(yàn)證模型。2.支持對(duì)RTOS中任務(wù)、信號(hào)量、消息隊(duì)列等基礎(chǔ)對(duì)象的建模。（1）對(duì)任務(wù)進(jìn)行建模，包括任務(wù)的創(chuàng)建、調(diào)度、暫停、終止等操作；（2）對(duì)信號(hào)量進(jìn)行建模，支持信號(hào)量的創(chuàng)建、等待、釋放等操作；（3）對(duì)消息隊(duì)列進(jìn)行建模，支持消息隊(duì)列的創(chuàng)建、發(fā)送、接收等操作。3.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)形式化語(yǔ)言，支持在RTOS開發(fā)中使用。（1）設(shè)計(jì)形式化語(yǔ)言的語(yǔ)法和語(yǔ)義規(guī)則，確保形式化語(yǔ)言的正確性和穩(wěn)定性；（2）支持形式化語(yǔ)言與其他編程語(yǔ)言的互操作性，為用戶提供更加便捷的使用方式；（3）設(shè)計(jì)CLI命令，提供友好的用戶交互。4.支持系統(tǒng)規(guī)約和屬性描述的形式化表示與驗(yàn)證，包括安全性、活性、時(shí)序等屬性。（1）設(shè)計(jì)規(guī)約描述語(yǔ)言，描述系統(tǒng)規(guī)范和屬性；（2）支持對(duì)規(guī)約和屬性的自動(dòng)驗(yàn)證，例如對(duì)系統(tǒng)安全性、活性、時(shí)序等屬性的驗(yàn)證。5.實(shí)現(xiàn)形式化工具鏈，包括模型檢查、定理證明、模擬仿真等工具。（1）支持模型檢查工具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化驗(yàn)證；（2）支持定理證明工具，提供更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證方式；（3）支持模擬仿真工具，為用戶提供直觀的測(cè)試方式。三、預(yù)期成果本項(xiàng)目預(yù)期實(shí)現(xiàn)如下成果：（1）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)，可以提供多種形式化驗(yàn)證方式。（2）支持時(shí)間自動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模，可以支持時(shí)序邏輯的建立和驗(yàn)證。（3）提供對(duì)RTOS中任務(wù)、信號(hào)量、消息隊(duì)列等基礎(chǔ)對(duì)象的建模。（4）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)形式化語(yǔ)言，提供友好的用戶交互方式。（5）支持對(duì)系統(tǒng)規(guī)約和屬性描述的形式化表示與驗(yàn)證。（6）實(shí)現(xiàn)形式化工具鏈，支持模型檢查、定理證明、模擬仿真等操作。四、研究計(jì)劃1.文獻(xiàn)調(diào)研及閱讀（2個(gè)月）-學(xué)習(xí)形式化方法的相關(guān)知識(shí)，包括時(shí)序邏輯、定理證明、模型檢查等方面；-深入了解RTEMS操作系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，熟悉RTOS的基礎(chǔ)概念和系統(tǒng)架構(gòu)。2.設(shè)計(jì)形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)（3個(gè)月）-設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型和函數(shù)支持；-設(shè)計(jì)時(shí)間自動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行精簡(jiǎn)和優(yōu)化；-設(shè)計(jì)CLI命令，并實(shí)現(xiàn)用戶交互。3.設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)約，支持形式化表示與驗(yàn)證（2個(gè)月）-設(shè)計(jì)規(guī)約描述語(yǔ)言；-支持對(duì)安全性、活性、時(shí)序等屬性的描述和驗(yàn)證。4.實(shí)現(xiàn)形式化工具鏈（6個(gè)月）-實(shí)現(xiàn)模型檢查工具；-實(shí)現(xiàn)定理證明工具；-實(shí)現(xiàn)模擬仿真工具。5.實(shí)驗(yàn)評(píng)估（1個(gè)月）-運(yùn)用實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)例程，評(píng)估形式化語(yǔ)言支撐庫(kù)的功能和性能。6.論文撰寫及答辯（3個(gè)月）-撰寫論文，包括研究背景、相關(guān)工作、方法、實(shí)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論部分；-進(jìn)行答辯。五、參考文獻(xiàn)[1]羅經(jīng)典,陳宗基.一種基于LTL時(shí)序邏輯的形式化需求定義方法[J].軟件學(xué)報(bào),2007,18(3):628-644.[2]楊揚(yáng).嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性能力效果驗(yàn)證方法研究[D].華