[发明专利]时间多栈下推网络的静态转换方法

说明书

本发明公开一种时间多栈下推网络的静态转换方法，首先，为了描述实时系统中并发递归机制，以及线程之间的交互，在MPDN的基础上引入时钟，提出TMPDN模型，并给出其语法及操作语义。其次，利用时钟域等价的优化技术，通过静态转换方法，将连续时间的TMPDN模型转换成离散的MPDN模型。本发明能够实现同时实现实时并发系统的实时性和并发性的描述，并能为实时并发程序的形式化验证提供保证。

技术领域

本发明属于软件安全性和可靠性研究领域，涉及实时并发程序的验证方法，是一种实时并发程序抽象模型的静态转换技术，具体涉及一种时间多栈下推网络的静态转换方法。

背景技术

随着多核处理器技术日益发展，并发软件已渗透到国民经济和国防建设的各个领域，然而软件上微小错误可能导致重大事故，甚至危及人身安全，诸如交通控制和航空航天等领域。如何提高软件系统的可靠性和安全性已成为当前紧迫问题。对于一些安全攸关的实时系统来说，其安全性要求更高，需充分验证软件系统的某些关键性质，故对其形式化分析验证显得尤为重要。

诸多学者已致力于实时系统分析与验证的研究，为了描述不同类型的实时系统，提出了时间自动机、时间下推自动机、时间递归状态自动机、嵌套时间自动机等理论模型。具体而言，1994年Alur(Alur R,Dill D.A theory of timed automata.TheoreticalComputer Science,1994,126(2):183-235)在自动机的基础上，引入描述连续时间的时钟，提出了时间自动机，并采用时钟等价技术实现模型检验时间自动机(Bengtsson J,WangY.Timed automata:Semantics,algorithms and tools//Proceedings of the 4thAdvanced Course on Petri Nets.Eichstaat.Germany,2004:87-124)。为了解决含有递归的实时系统建模，Abdulla(Abdulla P A,Atig M F,Stenamn J.Adding time to pushdownautomata//Proceedings of the 1st workshop on Quantities in FormalMethods.Paris,France,2012:1-16)提出时间下推自动机，通过时间离散化，转换为下推自动机，然后对其进行分析，并在文献(Abdulla P A,Atig M F,Stenamn J.Minimal costreachability problem in priced timed pushdown systems//Proceedings of the 6thInternational Conference on Language and Automata Theory andApplications.Tarragona,Spain,2012:58-69)中加入权值，求解最小时间花费的可达性问题，2014年Cai(Cai X,Ogawa M.Well-structured pushdown system:case of densetimed pushdown automata//Proceedings of the 12th International Symposium onFunctional and Logic Programming.Kanazawa,Japan,2014:336-352)给出了一个时间下推自动机的实例；Trivedi(Trivedi A,Wojtczak D.Recursive timed automata//Proceedings of the 8th International Symposium on Automated Technology forVerification and Analysis.Singapore,2010:306–324)和Benerecetti(Benerecetti M,Minopoli S,Peron A.Analysis of timed recursive state machines//Proceedings ofthe 17th International Symposium on Temporal Representation andReasoning.Paris,France,2010:61–68)提出了时间递归状态自动机，通过相互调用来实现递归描述，调用过程中，时钟通过值或者引用的方式传递的；2013年Li(Guoqiang L,Xiaojuan C,Mizuhito O,Shoji Y.Nested timed automata//Proceedings of the 11thInternational Conference on Formal Modeling and Analysis of TimedSystems.Buenos Aires,Argentina,2013:168-182)提出了嵌套时间自动机(NeTAs)，其整体是一个下推自动机，栈的每一层为时间自动机，利用嵌套的思想来解决实时系统中的递归问题。上述模型能描述实时系统的并发及递归问题，但是无法描述实时并发系统中线程间交互的情况。