專利名稱：基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種計算機應用技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)及方法，具體是一種基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)形式化方法的一般框架，首先需要獲得系統(tǒng)的形式化模型M(Model，或規(guī)范 Specification)，然后建立系統(tǒng)的正確性(Correctness)、活性(Liveness)等判定性質(zhì)φ (Property)。由于傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)方法不能應付系統(tǒng)的日益復雜化和高可靠性的要求。例如，嵌入式軟件對實時要求比較高，對系統(tǒng)的性能和尺寸(footprint)比較嚴格。尤其在關(guān)鍵應用領(lǐng)域，對系統(tǒng)的可靠性、健壯性要求更高，在航空領(lǐng)域，甚至要求系統(tǒng)能夠自修正。與一般應用軟件不同，嵌入式實時并發(fā)系統(tǒng)一般采用低層語言編寫，功能比較單一，軟件規(guī)模不是很大，但功能的正確性比較重要，但僅靠軟件測試不可能窮舉所有的可能情況。實時并發(fā)系統(tǒng)同時具有離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)的混合特性，需要建立復雜的數(shù)學模型。軟件模型在整個系統(tǒng)開發(fā)工程中占據(jù)著重要地位.使用模型可以提高開發(fā)者對整個系統(tǒng)的觀察深度和控制復雜度的能力，給不同的開發(fā)階段提供全局統(tǒng)一的視圖和指導，提高軟件質(zhì)量、生產(chǎn)率和可靠性。建模也是進行形式化分析和驗證的基礎。形式化方法采用進程代數(shù)、Petri網(wǎng)、自動機、時態(tài)邏輯、模型驗證等各種數(shù)學方法，對計算機系統(tǒng)進行形式化建模并驗證其正確性。它起源于上世紀70年代的程序驗證；至1990，其研究領(lǐng)域擴展到硬件驗證；本世紀初又擴展到實時系統(tǒng)。隨著嵌入式系統(tǒng)開始興起，對并發(fā)實時程序的建模與驗證成為研究熱點。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，從內(nèi)容上看，國外對并發(fā)實時程序建模方面的專利主要集中于硬件方面，如美國專利號7，188，324 “Assertion morphing in functional verification of integrated circuit design”(集成電路設計的變形功能驗證)，美國 禾 ^lSd US2007050740 “Method and System for Performing Functional Formal Verification of Logic Circuits”(用于邏輯電路功能驗證的方法及系統(tǒng))，歐洲專利號 1639507 "METHOD AND DEVICE FOR THE FORMAL VERIFICATION OF A CIRCUIT"(電路功能驗證方法及系統(tǒng))等。這些專利都是建立在目前比較成熟的硬件建模理論基礎上的，這些系統(tǒng)的不足之處在于僅對硬件比較簡單的狀態(tài)進行驗證，無法處理并發(fā)和實時程序的分析和優(yōu)化。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利文獻號US2006282807，提出了一種 "SOFTWARE VERIFICATION”(軟件驗證)抽象求精的方法對軟件正確性進行驗證；美國專利文獻號 US20050166167 "System and Method for Modeling, Abstraction, and Analysis of Software”(軟件建模、抽象及分析系統(tǒng)和方法)提出了一種采用模型檢驗對軟件進行建模和分析的方法。由于模型檢驗的方法帶來的狀態(tài)爆炸問題，如果沒有較好的狀態(tài)壓縮算法，則無法處理并發(fā)程序的驗證。
中國專利申請?zhí)?00510050086. X，公布了一種“嵌入式實時操作系統(tǒng)的建模和代碼生成方法”，該技術(shù)得到了一種對實時操作系統(tǒng)可視化建模圖形工具。該方法僅僅是一種可視化的建模方法，沒有針對程序的驗證和優(yōu)化。中國專利申請?zhí)?00410016504. 9，提出了一種“基于程序代數(shù)的硬件編譯器設計方法”，該技術(shù)基于程序代數(shù)的硬件編譯器實現(xiàn)。但僅僅采用程序代數(shù)的理論，對編譯器設計進行了設計，沒有涉及軟件程序的驗證和優(yōu)化。從上面的討論可以看出，目前并發(fā)實時程序驗證和優(yōu)化的專利主要集中在硬件方面，而且對于狀態(tài)爆炸沒有良好的處理方法，也沒有涉及到嵌入式并發(fā)實時軟件相關(guān)的程序優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)及其方法，通過重寫邏輯驗證并發(fā)實時程序，將系統(tǒng)的模型和即將驗證的性質(zhì)均采用代數(shù)模型進行狀態(tài)空間優(yōu)化，并特別采用時間元模型能夠處理實時相關(guān)的性質(zhì)，采用等價狀態(tài)壓縮和代數(shù)模擬優(yōu)化以提高程序驗證效率。本發(fā)明從重寫語義的角度建立其形式化模型。分別對賦值、判斷、指針、循環(huán)、函數(shù)調(diào)用等建立形式化規(guī)范，從而得到一個形式化模型M。重寫模型僅僅解釋了語言的語法，還需要對其語義進行解釋。例如，針對IockO函數(shù)(見圖1)，就是獲取一個全局鎖， 而imlockO釋放一個全局鎖。而程序的正確性要求之一就是保證不會已經(jīng)上鎖時再調(diào)用 IockO函數(shù)，也不會在鎖已經(jīng)釋放時，再次調(diào)用unlockO函數(shù)。針對這個具體例子，建立形式化模型，并且判斷是否會出現(xiàn)連續(xù)上鎖兩次或連續(xù)解鎖兩次的錯誤狀態(tài)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)，包括程序模型模塊、性質(zhì)模型模塊和重寫邏輯驗證模塊，其中程序模型模塊與重寫邏輯驗證模塊相連接并傳輸系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息，性質(zhì)模型模塊與重寫邏輯驗證模塊相連接并傳輸待驗證的系統(tǒng)的安全性、活性等描述信息，重寫邏輯驗證模塊與上述程序模型模塊和性質(zhì)模型模塊相連接并接受系統(tǒng)描述與系統(tǒng)驗證性質(zhì)的信息，然后采用重寫邏輯虛擬機進行驗證。所述的程序模型模塊包括狀態(tài)描述子模塊、系統(tǒng)描述子模塊和時間描述子模塊， 其中狀態(tài)描述子模塊與系統(tǒng)描述子模塊相連接并傳輸狀態(tài)信息，系統(tǒng)描述子模塊與時間描述相連接并傳輸信息，時間描述子模塊與程序模型主模塊相連接并傳輸經(jīng)過有限抽樣的時間信息。所述的性質(zhì)模型模塊包括線性時態(tài)邏輯子模塊、公式簡化子模塊和性質(zhì)模板庫子模塊，其中線性時態(tài)邏輯子模塊與公式簡化子模塊相連并傳輸系統(tǒng)通過GUI接受用戶輸入，并轉(zhuǎn)為線性時態(tài)邏輯公式的信息，公式簡化子模塊與性質(zhì)模型主模塊相連接并傳輸經(jīng)過狀態(tài)壓縮和公式壓縮的待驗證性質(zhì)描述信息。性質(zhì)模板庫子模塊與性質(zhì)模型主模塊相連并傳輸常見的系統(tǒng)驗證模板的信息簡化用戶輸入。所述的重寫邏輯驗證模塊包括=Kripke結(jié)構(gòu)子模塊，代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊，和模型檢驗虛擬機引擎子模塊。其中=Kripke結(jié)構(gòu)子模塊建立通過前端的性質(zhì)模型模塊和系統(tǒng)模型模塊合成系統(tǒng)整體的Kripke結(jié)構(gòu)信息并輸出到代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊，代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊接收Kripke結(jié)構(gòu)信息并采用代數(shù)模擬壓縮等價狀態(tài)，將優(yōu)化過的Kripke結(jié)構(gòu)輸出到模型檢驗虛擬機引擎子模塊，模型檢驗虛擬機引擎子模塊采用重寫邏輯驗證系統(tǒng)是否符合安全性和活性等性質(zhì)。本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的優(yōu)化處理方法，包括以下步驟第一步，程序模型模塊將系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與時間元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將一個不精確的并發(fā)實時程序的狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換嚴格的形式化系統(tǒng)元模型與時間元模型，具體為狀態(tài)描述子模塊針對程序中出現(xiàn)的各種抽象數(shù)據(jù)類型，并建立等式理論系統(tǒng)元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所述的系統(tǒng)元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)狀態(tài)中的各部分的成員等式邏輯規(guī)范，由于并發(fā)實時程序中的軟件對象是多類型的，類似于Petri網(wǎng)中的庫所集合，其系統(tǒng)狀態(tài)采用基于多集(MultKet)的滿足交換律、結(jié)合律可交換的獨異點(Monoid)代數(shù)公理來描述。所述的時間元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指具有Church-Rosser性質(zhì)和終止性質(zhì)的有限代數(shù)規(guī)范，由于在時間Petri網(wǎng)和時間自動機中，時間作為函數(shù)作用于庫所和變遷上，產(chǎn)生不同的效果，但時間本身沒有形式化定義。本發(fā)明分別建立連續(xù)時間、離散時間和線性時間的等式模型。所述的轉(zhuǎn)換具體步驟包括1. 1)狀態(tài)描述子模塊接受實時并發(fā)程序或程序模板庫的程序，通過建模GUI，采用成員等式邏輯規(guī)范MES( Σ，Ε)制定出系統(tǒng)描述的系統(tǒng)元模型。其主要語法結(jié)構(gòu)與C語言類似，除了一些特別的語法構(gòu)造，常規(guī)的C語言不加修改就可以作為初始模型。1.2)時間描述子模塊分別建立連續(xù)時間、離散時間和線性時間的等式理論。建立一個等式理論的態(tài)射，將Time作為(Σ，Ε)的子理論。1. 3)系統(tǒng)描述子模塊建立(Σ，Ε)的初始代數(shù)語義。采用商代數(shù)作為其初始代數(shù)語義，并采用模型一典范可達模型作為狀態(tài)壓縮的優(yōu)化方法。將狀態(tài)空間中等價的狀態(tài)壓縮成一個狀態(tài)。第二步，性質(zhì)模型模塊將待驗證性質(zhì)轉(zhuǎn)換為程序正確性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即對一個并發(fā)實時程序的系統(tǒng)性質(zhì)建立線性時態(tài)邏輯(LTL)元模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具體為根據(jù)重寫邏輯框架，程序的形式化模型建立好之后，還需要建立系統(tǒng)正確性的模型。本發(fā)明采用目前最為常用的LTL時序邏輯來刻畫系統(tǒng)的正確性。并根據(jù)重寫邏輯的元反射功能，通過轉(zhuǎn)換為其作為系描述系統(tǒng)正確性性質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所述的建立線性時態(tài)邏輯元模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體步驟包括2. 1)線性時態(tài)邏輯子模塊通過建模⑶I建立線性時態(tài)邏輯(LTL)重寫邏輯元模型，根據(jù)用戶提供的和系統(tǒng)自定義的正確性性質(zhì)，轉(zhuǎn)化為LTL公式的語法，并進一步采用等式公理確定其重寫語義。2. 2)公式簡化子模塊采用LTL公式的高效簡化方法，采用重寫邏輯來刻畫簡化算法，并直接在引擎中內(nèi)建公式優(yōu)化算法。2. 3)性質(zhì)模板庫子模塊根據(jù)常見的并發(fā)實時程序的正確性性質(zhì)，例如，驅(qū)動模型的一些安全規(guī)則，實時系統(tǒng)的優(yōu)先級倒轉(zhuǎn)、信號量死鎖、看門狗激活條件等并采用LTL來描述，并分析整理成模板庫。第三步，重寫邏輯驗證模塊在現(xiàn)有的Real-Time Maude基礎上，建立Kripke結(jié)構(gòu)。 并采用商代數(shù)模型、等式抽象、代數(shù)模擬等程序優(yōu)化方法減少狀態(tài)空間，具體步驟包括3. DKripke結(jié)構(gòu)子模塊建立模型檢驗的Kripke結(jié)構(gòu)，其中包括表達系統(tǒng)狀態(tài)的特殊類子。為將一步重寫關(guān)系擴展為全關(guān)系。并引入的擴展時序邏輯的標記函數(shù)；3. 2)代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊通過時間抽樣策略將無限時間轉(zhuǎn)化為有限狀態(tài)。通過代數(shù)模擬的Theoroidal映射，采用基于stuttering模擬的抽象技術(shù)，減少狀態(tài)空間。3. 3)模型檢驗虛擬機引擎子模塊通過該抽象技術(shù)和成員等式邏輯的定理證明，將模型檢驗推進為證明檢驗，并針對不同的模型建立完備性和可靠性的邊界條件，驗證系統(tǒng)是否符合安全性和活性等性質(zhì)。本發(fā)明技術(shù)效果包括1.在實踐中發(fā)現(xiàn)用一般的并發(fā)實時程序來描述嵌入式模型，缺少整體的概念。例如建模采用UML,分析采用自動機理論，建模與驗證采用兩套術(shù)語系統(tǒng)?；蛘邔⒔５哪Ｐ娃D(zhuǎn)化成另外一種模型再進行驗證。在對待時間的問題上，也不是很統(tǒng)一，基本上將時間作為一個內(nèi)部的或外在的變量，無法用建模工具本身刻畫，在分析一些與時間相關(guān)的計算模型中存在不足。針對這些不足，本發(fā)明將系統(tǒng)狀態(tài)、驗證性質(zhì)統(tǒng)一轉(zhuǎn)為重寫系統(tǒng)元模型、時間元模型，并采用基于等價狀態(tài)壓縮的方法降低系統(tǒng)狀態(tài)，提高了驗證效率；2.任何一個新的驗證系統(tǒng)的提出，其形式語法是一方面，重要的是其形式語義。本發(fā)明采用與C語言類似的語法，給出其形式化規(guī)范。源程序加少量修改就可以轉(zhuǎn)化為重寫邏輯的虛擬機模型。與一般的方法相比，節(jié)省了大量的建模與抽象的時間，并且簡單直觀， 不容易出錯。與目前流行直接模型檢驗(Direct Model Checking)趨勢相符合。采用直接模型檢驗的方法；本發(fā)明了提供了與時間相關(guān)的執(zhí)行描述方法，并且采用代數(shù)模型壓縮等價狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的描述的能力。3. 一個系統(tǒng)的行為如果能用形式化方法來描述，那么該方法必須有一個可執(zhí)行的模型，即存在對系統(tǒng)行為的若干判定算法。模型檢驗和定理證明是兩類用于研究系統(tǒng)行為的方法。而重寫邏輯同時具有基于Horn子句的等式定理證明方法和基于時序邏輯的模型檢驗算法。本系統(tǒng)提供了系統(tǒng)描述與驗證的優(yōu)化方法，采用獨有的代數(shù)模擬來提高驗證效率，通過重寫邏輯驗證模塊，得到了一個能夠?qū)嶋H運行的程序驗證優(yōu)化系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的原理示意圖。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是實施例實現(xiàn)重寫邏輯驗證流程圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例如圖2所示，本實施例涉及基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)， 包括程序模型模塊、性質(zhì)模型模塊和重寫邏輯驗證模塊，其中程序模型模塊與重寫邏輯驗證模塊相連接并傳輸系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息，性質(zhì)模型模塊與重寫邏輯驗證模塊相連接并傳輸待驗證的系統(tǒng)的安全性、活性等描述信息，重寫邏輯驗證模塊與上述程序模型模塊和性質(zhì)模型模塊相連接并接受系統(tǒng)描述與系統(tǒng)驗證性質(zhì)的信息，然后采用重寫邏輯虛擬機進行驗證。所述的程序模型模塊包括狀態(tài)描述子模塊、系統(tǒng)描述子模塊和時間描述子模塊， 其中狀態(tài)描述子模塊與系統(tǒng)描述子模塊相連接并傳輸狀態(tài)信息，系統(tǒng)描述子模塊與時間描述相連接并傳輸信息，時間描述子模塊與程序模型主模塊相連接并傳輸經(jīng)過有限抽樣的時間信息。所述的性質(zhì)模型模塊包括線性時態(tài)邏輯子模塊、公式簡化子模塊和性質(zhì)模板庫子模塊，其中線性時態(tài)邏輯子模塊與公式簡化子模塊相連并傳輸系統(tǒng)通過GUI接受用戶輸入，并轉(zhuǎn)為線性時態(tài)邏輯公式的信息，公式簡化子模塊與性質(zhì)模型主模塊相連接并傳輸經(jīng)過狀態(tài)壓縮和公式壓縮的待驗證性質(zhì)描述信息。性質(zhì)模板庫子模塊與性質(zhì)模型主模塊相連并傳輸常見的系統(tǒng)驗證模板的信息簡化用戶輸入。所述的重寫邏輯驗證模塊包括=Kripke結(jié)構(gòu)子模塊，代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊，和模型檢驗虛擬機引擎子模塊。其中=Kripke結(jié)構(gòu)子模塊建立通過前端的性質(zhì)模型模塊和系統(tǒng)模型模塊合成系統(tǒng)整體的Kripke結(jié)構(gòu)信息并輸出到代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊，代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊接收Kripke結(jié)構(gòu)信息并采用代數(shù)模擬壓縮等價狀態(tài)，將優(yōu)化過的Kripke結(jié)構(gòu)輸出到模型檢驗虛擬機引擎子模塊，模型檢驗虛擬機引擎子模塊采用重寫邏輯驗證系統(tǒng)是否符合安全性和活性等性質(zhì)。如圖3所示，上述系統(tǒng)通過以下方式實現(xiàn)優(yōu)化處理步驟1 系統(tǒng)模型模塊對應用程序進行可視化建模，采用應用建模GUI，導入并發(fā)實時程序，并結(jié)合程序模板庫，方便用戶進行建模，本步驟得到的結(jié)果是程序重寫模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。步驟2 性質(zhì)模型模塊對并發(fā)實時程序的性質(zhì)采用LTL邏輯來刻畫。系統(tǒng)的正確性、安全性、活性、以及無死鎖性等采用LTL進行刻畫，并采用LTL建模GUI得到可視化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為方便用戶，這里提供一些常用性質(zhì)的模板庫。步驟3 通過轉(zhuǎn)載轉(zhuǎn)換模塊，將程序模型和性質(zhì)模型轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的重寫模型。并檢查是否有語法錯誤，并進行合法性檢查，保證模型的完整性。步驟4 將各種元模型(包括時間、系統(tǒng)和LTL元模型)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也同時載入到驗證虛擬機中，此時，在內(nèi)存中建立了程序的形式化規(guī)范與元模型合成完整的重寫模型。通過時間抽樣策略，將系統(tǒng)中的狀態(tài)有限化，同時，通過等式代數(shù)描述系統(tǒng)狀態(tài)，合并等價狀態(tài)空間。實驗表明，現(xiàn)有的模型檢驗方法采用偏序規(guī)約來壓縮等價狀態(tài)，通過啟發(fā)式方法來查找偏序等價的狀態(tài)，其缺陷是粒度比較粗，而且無法合并系統(tǒng)中通過代數(shù)模型證明的等價的狀態(tài)。我們的方法采用代數(shù)模型壓縮等價狀態(tài)，可降低狀態(tài)空間60%以上。步驟5 采用重寫邏輯驗證模塊中的虛擬機，對該重寫模型采用LTL模型驗證算法，并將驗證結(jié)果輸出。傳統(tǒng)的方式采用自動機理論或用最小不動點的方法來驗證LTL性質(zhì)，容易引起狀態(tài)空間的爆炸。本發(fā)明采用代數(shù)模擬的優(yōu)化方法，因為通過代數(shù)模型描述了系統(tǒng)的狀態(tài)和性質(zhì)，所以本發(fā)明才能應用代數(shù)模擬的獨有的優(yōu)化方法。實驗表明，本優(yōu)化系統(tǒng)可提高驗證效率30 %以上。步驟6 結(jié)果分析GUI對驗證結(jié)果進行分析，并將結(jié)果可視化，方便用戶查看。步驟7 如果性質(zhì)符合，則完成本次性質(zhì)驗證。用戶可以從步驟1開始繼續(xù)進行其他性質(zhì)或程序的驗證。步驟8 如果違反性質(zhì)，則給出反例(counterexample)，提醒用戶需要錯誤修正。步驟9 用戶根據(jù)系統(tǒng)提示，修改程序，繼續(xù)從步驟1開始驗證這些性質(zhì)是否成立， 直到獲得正確的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)，其特征在于，包括程序模型模塊、性質(zhì)模型模塊和重寫邏輯驗證模塊，其中程序模型模塊與重寫邏輯驗證模塊相連接并傳輸系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息，性質(zhì)模型模塊與重寫邏輯驗證模塊相連接并傳輸待驗證的系統(tǒng)的安全性、活性等描述信息，重寫邏輯驗證模塊與上述程序模型模塊和性質(zhì)模型模塊相連接并接受系統(tǒng)描述與系統(tǒng)驗證性質(zhì)的信息，然后采用重寫邏輯虛擬機進行驗證；所述的程序模型模塊包括狀態(tài)描述子模塊、系統(tǒng)描述子模塊和時間描述子模塊，其中狀態(tài)描述子模塊與系統(tǒng)描述子模塊相連接并傳輸狀態(tài)信息，系統(tǒng)描述子模塊與時間描述相連接并傳輸信息，時間描述子模塊與程序模型主模塊相連接并傳輸經(jīng)過有限抽樣的時間信息；所述的性質(zhì)模型模塊包括線性時態(tài)邏輯子模塊、公式簡化子模塊和性質(zhì)模板庫子模塊，其中線性時態(tài)邏輯子模塊與公式簡化子模塊相連并傳輸系統(tǒng)通過GUI接受用戶輸入， 并轉(zhuǎn)為線性時態(tài)邏輯公式的信息，公式簡化子模塊與性質(zhì)模型主模塊相連接并傳輸經(jīng)過狀態(tài)壓縮和公式壓縮的待驗證性質(zhì)描述信息，性質(zhì)模板庫子模塊與性質(zhì)模型主模塊相連并傳輸常見的系統(tǒng)驗證模板的信息簡化用戶輸入；所述的重寫邏輯驗證模塊包括=Kripke結(jié)構(gòu)子模塊，代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊，和模型檢驗虛擬機引擎子模塊，其中=Kripke結(jié)構(gòu)子模塊建立通過前端的性質(zhì)模型模塊和系統(tǒng)模型模塊合成系統(tǒng)整體的Kripke結(jié)構(gòu)信息并輸出到代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊，代數(shù)模擬優(yōu)化子模塊接收Kripke結(jié)構(gòu)信息并采用代數(shù)模擬壓縮等價狀態(tài)，將優(yōu)化過的Kripke結(jié)構(gòu)輸出到模型檢驗虛擬機引擎子模塊，模型檢驗虛擬機引擎子模塊采用重寫邏輯驗證系統(tǒng)是否符合安全性和活性等性質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)描述子模塊采用遞歸的等式公理來描述系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，并采用Horn子句的非一階等式公理，建立系統(tǒng)狀態(tài)中的各部分的成員等式邏輯規(guī)范，即系統(tǒng)元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)，其特征是，所述的時間描述子模塊將時間的概念形式化為一個非負實數(shù)的采用等式公理描述的時間元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
4.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述系統(tǒng)的優(yōu)化處理方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，程序模型模塊將系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與時間元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將一個不精確的并發(fā)實時程序的狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換嚴格的形式化系統(tǒng)元模型與時間元模型；第二步，性質(zhì)模型模塊將待驗證性質(zhì)轉(zhuǎn)換為程序正確性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即對一個并發(fā)實時程序的系統(tǒng)性質(zhì)建立線性時態(tài)邏輯元模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；第三步，重寫邏輯驗證模塊在現(xiàn)有的Real-Time Maude基礎上，建立Kripke結(jié)構(gòu)并采用商代數(shù)模型、等式抽象、代數(shù)模擬優(yōu)化方法減少狀態(tài)空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征是，所述的第一步具體為狀態(tài)描述子模塊針對程序中出現(xiàn)的各種抽象數(shù)據(jù)類型，并建立等式理論系統(tǒng)元模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征是，所述的第二步具體為根據(jù)重寫邏輯框架，程序的形式化模型建立好之后，還需要建立系統(tǒng)正確性的模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征是，所述的轉(zhuǎn)換具體步驟包括 1. 1)采用成員等式邏輯規(guī)范MES( Σ，Ε)制定出系統(tǒng)描述的系統(tǒng)元模型；1. 2)分別建立連續(xù)時間、離散時間和線性時間的等式理論建立一個等式理論的態(tài)射，將Time作為(Σ，Ε)的子理論；1.3)建立(Σ，Ε)的初始代數(shù)語義采用商代數(shù)作為其初始代數(shù)語義，并采用模型-典范可達模型作為狀態(tài)壓縮的優(yōu)化方法，將狀態(tài)空間中等價的狀態(tài)壓縮成一個狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征是，所述的建立線性時態(tài)邏輯元模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具體步驟包括2.1)建立線性時態(tài)邏輯重寫邏輯元模型，根據(jù)用戶提供的和系統(tǒng)自定義的正確性性質(zhì)，轉(zhuǎn)化為LTL公式的語法，并進一步采用等式公理確定其重寫語義；2. 2)采用LTL公式的高效簡化方法，采用重寫邏輯來刻畫簡化算法，并直接在引擎中內(nèi)建公式優(yōu)化算法；2.3)根據(jù)常見的并發(fā)實時程序的正確性性質(zhì)并采用LTL來描述，并分析整理成模板庫。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征是，所述的第三步具體是指3.1)建立模型檢驗的Kripke結(jié)構(gòu)，其中包括表達系統(tǒng)狀態(tài)的特殊類子，為將一步重寫關(guān)系擴展為全關(guān)系，并引入的擴展時序邏輯的標記函數(shù)；3. 2)通過時間抽樣策略將無限時間轉(zhuǎn)化為有限狀態(tài)通過代數(shù)模擬的Theoroidal映射，采用基于stuttering模擬的抽象技術(shù)，減少狀態(tài)空間；3. 3)通過該抽象技術(shù)和成員等式邏輯的定理證明將模型檢驗推進為證明檢驗，并針對不同的模型建立完備性和可靠性的邊界條件。
全文摘要
一種計算機應用技術(shù)領(lǐng)域的基于重寫邏輯的并發(fā)實時程序驗證的優(yōu)化處理系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括程序模型模塊、性質(zhì)模型模塊和重寫邏輯驗證模塊，通過重寫邏輯驗證并發(fā)實時程序，將系統(tǒng)的模型和即將驗證的性質(zhì)均采用代數(shù)模型進行狀態(tài)空間優(yōu)化，并特別采用時間元模型能夠處理實時相關(guān)的性質(zhì)，采用等價狀態(tài)壓縮和代數(shù)模擬優(yōu)化以提高程序驗證效率。
文檔編號G06F11/36GK102231133SQ20111018647
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者戚正偉, 梁阿磊, 管海兵 申請人:上海交通大學