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基于扩展时间Petri网的嵌入式中断建模与验证
摘要
随着嵌入式系统的快速发展，对系统的可靠性、安全性和正确性要求越来越高。嵌入式系统中断是系统运行过程中的重要组成部分，因此对中断的建模与验证是保障嵌入式系统性能的关键。本文提出了一种基于扩展时间Petri网的嵌入式中断建模与验证方法，首先给出了中断的概念和分类，并利用扩展时间Petri网对中断进行建模，进一步通过形式化验证方法验证中断模型的正确性和可靠性。通过实验结果表明该方法能够有效地达到建模和验证中断的目的，具有实际应用价值。
关键词：嵌入式系统、中断、扩展时间Petri网、建模、验证
Abstract
Withtherapiddevelopmentofembeddedsystems,therequirementsforsystemreliability,securityandcorrectnessarebecominghigherandhigher.Interruptsinembeddedsystemsareanimportantpartofthesystem’soperationprocess,somodelingandverificationofinterruptsareessentialtoensuretheperformanceofembeddedsystems.Inthispaper,weproposeamethodformodelingandverifyingembeddedinterruptsbasedonextendedtimePetrinets.Firstly,theconceptandclassificationofinterruptsaregiven,andextendedtimePetrinetsareusedtomodelinterrupts.Then,formalverificationmethodsareusedtoverifythecorrectnessandreliabilityoftheinterruptmodel.Theexperimentalresultsshowthattheproposedmethodcaneffectivelyachievethepurposeofmodelingandverifyinginterrupts,andhaspracticalapplicationvalue.
Keywords:embeddedsystem,interrupt,extendedtimePetrinet,modeling,verification
引言
嵌入式系统应用场景越来越广泛，其中包括手机、计算机等各种智能设备。嵌入式系统的特点是功能单一，资源受限，实时性和可靠性要求高等，因此嵌入式系统的设计和开发需要考虑到这些特点。而中断作为嵌入式系统中非常重要的组成部分，对嵌入式系统的实时性和可靠性起着至关重要的作用。因此，对中断进行建模和验证是嵌入式系统设计和开发的一个重要研究方向。目前，已有很多方法和工具用于中断的建模和验证，其中扩展时间Petri网是一种比较常用的形式化建模和验证方法。本文将介绍扩展时间Petri网的相关知识并提出一种基于扩展时间Petri网的嵌入式中断建模和验证方法，通过实验验证该方法的有效性和可靠性。
一、中断的概念和分类
中断是指计算机系统在正常执行程序时，在外界有新的事件发生时，程序的执行被暂时中止，转而去执行相应的事件处理程序，等事件处理程序执行完毕后又返回原来的程序继续执行。中断分为外部中断和内部中断两种。
外部中断：由外设引起的中断。例如，键盘输入、鼠标输入、串口输入等。
内部中断：由软件本身产生的中断。例如，程序异常、软件故障等。
二、扩展时间Petri网的相关知识
扩展时间Petri网是在标准Petri网的基础上发展起来的一种新型Petri网，在标准Petri网的基础上增加了时间标记和多重时间突变，更加适合于模拟实时系统和并发系统。扩展时间Petri网由元组T=(P,T,I,O),K,T0,Tinf,R组成，其中，P是库所集合，T是变迁集合，I是输入弧函数，O是输出弧函数，K是库所标号函数，T0表示变迁初态，Tinf表示变迁末态，R表示时间突变关系。
三、嵌入式中断建模
扩展时间Petri网是用来模拟并发系统和实时系统的一种形式化工具，因此我们可以利用扩展时间Petri网对嵌入式中断进行建模。
在扩展时间Petri网中，我们将中断看作是一个输入事件，即当有中断事件发生时，中断信号会被输入到Petri网中。建立中断模型的过程如下：
（1）建立Petri网模型，包括库所、变迁、输入/输出弧等元素。
（2）引入中断事件，当中断事件发生后，中断信号会发送到Petri网中。
（3）建立中断事件模型，包括中断产