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基于时间可预测性的差分搜索盲信号分离算法

通信学报 2014年第6期35卷 117-125页

作者：陈雷张立毅郭艳菊黄勇梁静毅天津商业大学信息工程学院天津300134 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 河北工业大学信息工程学院天津300401

针对基于仿生智能优化的盲信号分离算法计算量偏大的问题,提出了一种新的基于差分搜索的盲信号分离算法。采用信号在时间上的可预测性度量作为目标函数,使用差分搜索算法对目标函数进行优化求解。利用去相关消源方法从混合信号中去除每... 详细信息

针对基于仿生智能优化的盲信号分离算法计算量偏大的问题,提出了一种新的基于差分搜索的盲信号分离算法。采用信号在时间上的可预测性度量作为目标函数,使用差分搜索算法对目标函数进行优化求解。利用去相关消源方法从混合信号中去除每次分离出的源信号成分,通过逐次分离最终实现对所有源信号的成功恢复。仿真实验表明,所提算法可以有效实现对混合信号的盲分离。与其他算法相比,该算法在保证了更高分离精度的同时,具有更低的运算量。

关键词：盲信号分离时间可预测性差分搜索算法消源

时间可预测性对幼儿人际同步—亲社会效应的影响研究

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时间可预测性对幼儿人际同步—亲社会效应的影响研究

作者：钟红华湖南师范大学

学位级别：硕士

时间可预测性是指分隔事件的时间间隔的规律性或一致性。人际同步指的是人际交往互动的时候形成的共享频率和状态,即为个体之间同时一致的动作。亲社会行为指的是人们在社会活动中表现出的与社会期望一致的行为,且这种行为对其他个体、... 详细信息

时间可预测性是指分隔事件的时间间隔的规律性或一致性。人际同步指的是人际交往互动的时候形成的共享频率和状态,即为个体之间同时一致的动作。亲社会行为指的是人们在社会活动中表现出的与社会期望一致的行为,且这种行为对其他个体、组织是有利的。人际同步促进亲社会行为这一效应就被称作人际同步-亲社会效应。以往研究表明时间可预测性会对人际同步-亲社会效应产生影响,且亲社会对象是共同参与人际同步游戏成员。那么,时间可预测性对人际同步-亲社会效应的影响是否仅限于共同参与人际同步游戏成员呢?有研究指出与参与人际同步游戏成员的紧密联系和合作不断增加,可能会导致针对未参与人际同步游戏成员以及外群体成员的破坏性行为（Wiltermuth SS,2012;Wiltermuth S,2012）。由此,我们不禁产生疑问,是否对未参与人际同步游戏成员甚至对外群体成员就不能产生亲社会行为呢?时间可预测性是否会对针对未参与人际同步游戏成员以及外群体成员的人际同步-亲社会效应产生影响呢?针对以上疑问,本研究以5岁幼儿为研究对象,采用方差分析方法,考察当亲社会对象为未参与人际同步游戏成员甚至外群体成员时,时间可预测性对人际同步-亲社会效应的影响。本研究包括两个研究。研究一选取长沙2个育儿培训机构的132名5岁幼儿被试,将被试分为4组,采用棋子任务,以助人行为分数为指标,探讨时间可预测性对针对未参与人际同步游戏成员的人际同步-亲社会效应的影响。结果发现:性别主效应不显著;时间可预测性主效应显著（F=15.84,p＜0.05）;性别与时间可预测性不存在显著的交互作用。研究二选取长沙某所幼儿园的120名5岁儿童为被试,将被试分为4组,采用贴纸分享任务,以分享行为分数为指标,探讨时间可预测性对针对未参与人际同步游戏外群体成员的人际同步-亲社会效应的影响。结果发现:性别主效应不显著;时间可预测性主效应显著（F=55.80,p＜0.05）;性别与时间可预测性不存在显著的交互作用。结论:（1）人际同步-亲社会效应不受性别所影响;（2）在时间可预测的条件下,人际同步-亲社会效应会扩展到未参与人际同步游戏的成员;（3）在时间可预测的条件下,人际同步-亲社会效应会扩展到未参与人际同步游戏的外群体成员。

关键词：幼儿时间可预测性人际同步亲社会行为性别

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基于时间可预测性的粒子群优化盲解卷积算法

计算机应用研究 2014年第4期31卷 1001-1004页

作者：陈雷张立毅郭艳菊黄勇梁静毅苟晓晨天津商业大学信息工程学院天津300134 天津大学电子信息工程学院天津300072 河北工业大学信息工程学院天津300401

针对信道对声音信号的卷积效应,提出了一种基于粒子群优化的盲解卷积新算法。利用信号的时间可预测性作为盲解卷积的解卷测度,采用粒子群优化算法对基于该测度的代价函数进行优化求解,从而成功得到解卷积滤波器系数,实现对信号的盲解卷... 详细信息

针对信道对声音信号的卷积效应,提出了一种基于粒子群优化的盲解卷积新算法。利用信号的时间可预测性作为盲解卷积的解卷测度,采用粒子群优化算法对基于该测度的代价函数进行优化求解,从而成功得到解卷积滤波器系数,实现对信号的盲解卷积。仿真实验表明,所提出的算法对于声音信号具有很好的盲解卷积效果,所恢复信号与原始信号的相关系数和重构信噪比均较高。

关键词：盲解卷积时间可预测性粒子群优化声音信号

服务体执行流模型中消息通信的时间可预测性研究

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服务体执行流模型中消息通信的时间可预测性研究

作者：邹晓婷中国科学技术大学

学位级别：硕士

时间可预测系统要求系统中的计算任务在有限的时间内必须完成,也就是说要求系统有可预测的硬件延迟、可预测的软件系统以及可预测的程序响应时间。Minicore是基于服务体执行流模型的新型微内核操作系统,它有效的将操作系统中的存储模型... 详细信息

时间可预测系统要求系统中的计算任务在有限的时间内必须完成,也就是说要求系统有可预测的硬件延迟、可预测的软件系统以及可预测的程序响应时间。Minicore是基于服务体执行流模型的新型微内核操作系统,它有效的将操作系统中的存储模型和运行模型相分离。以强实时系统为目标,Minicore的可预测性是它需要实现的一个重要特征。时间可预测系统需要通过精心的设计和实现以达到其对时间的要求。这就意味着需要对操作系统代码模块进行离线分析,通过分析证明操作系统是满足可预测性的时间需求,静态分析操作系统的时间可预测性是一个很有挑战性的问题,因为每一个对时间属性的要求都会自上而下的传播到系统的各个模块,包括处理器、指令集架构、编程语言、编译支持、运行时系统、调度以及通信等。微内核的高度模块化的设计使Minicore对服务体(Minicore的基本单元)间的消息通信的依赖度极高,于是对于Minicore的时间可预测性分析也无可避免的依赖于通信模块的时间可预测性。通信模块支持执行流在服务体之间流动,请求特定的服务,完成任务。系统中唯一的消息发送原语是sendmsg,提供包括同步连续、同步分离和异步这三种消息通信方式。本文的工作是探究基于服务体执行流模型的微内核操作系统Minicore的时间可预测性问题。其中第一项工作是实现操作系统的消息通信模块,并定义配置相关的时间可预测性(CIPr)作为评估消息通信时间可预测性的指标。CIPr的计算基础是通信模块的WCET (Worst-Case Execution Time)。对通信模块的WCET分析计算采用静态WCET分析中的基于路径的算法,包括提取目标代码片段,程序控制流分析,处理器特征分析和WCET计算四个阶段。第三章通过计算Minicore通信模块的WCET,分析消息通信的时间可预测性,为未来实现时间可预测的通信机制并分析Minicore的时间可预测性提供基础。其次,本文基于引流开销远大于上下文切换这一事实提出了懒惰引流,即一种针对服务体执行流模型的通信模块的优化策略。懒惰引流策略通过最大限度的推迟引流的发生,使系统批量处理服务请求,以分摊引流的开销。在实现上,懒惰引流引入了引流器(Director)与调度器合作形成二级调度。懒惰引流优先使用调度器而将对引流器的调用最大限度的推迟,让引流器负责在服务体之间调度执行流,而调度器负责在单个服务体内的小端口之间调度执行流。计算结果表明,在一般情况下,即在一个服务体存在多于一个小端口的情况下,懒惰引流的性能优势明显,且在系统负载较大两个服务体发生频繁的通信时,懒惰引流带来的优化效益会更佳。

关键词：时间可预测性实时系统服务体执行流模型消息通信懒惰引流

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时间可预测计算机体系结构研究

时间可预测计算机体系结构研究

作者：汪超中国科学技术大学

学位级别：硕士

实时系统是安全关键设备的计算与控制核心。为了保证实时系统时间行为正确，要求其软硬件系统具有时间可预测性。然而，基于现代计算机的实时系统设计方法学表现出脆弱性、冗余和平台依赖三个根本问题。这是因为现代计算机系统以图灵机... 详细信息

实时系统是安全关键设备的计算与控制核心。为了保证实时系统时间行为正确，要求其软硬件系统具有时间可预测性。然而，基于现代计算机的实时系统设计方法学表现出脆弱性、冗余和平台依赖三个根本问题。这是因为现代计算机系统以图灵机和冯·诺依曼机作为基础，其各个抽象层次均缺乏时间语义，难以满足硬实时安全性设计要求。本文关注指令集体系结构层次的基础设施缺乏时间语义的问题，尝试通过重新考虑实时计算的理论模型、ISA和微体系结构组织以构建时间可预测的计算机体系结构。　　首先，本文从输入输出，执行时间，释放时间三个方面定义体系结构层次的时间可预测性，并据此设计了具有时间语义的指令集——时间触发指令集(TTI)和具有时间语义的体系结构模型——实时机(RTM)，以此完成对体系结构层次的时间语义扩充。本文定义的时间可预测性不仅关注程序的执行时间，同时也关注程序中与环境交互的输入输出操作的定时行为，以及任务的释放时间。TTI作为具有时间语义的软硬件接口，为程序员提供直接表达和控制程序时间行为的时间语义指令，支持开展高级程序设计语言时间语义编译技术的研究。同时，本文提出时间语义完备性问题，定义了时间触发自动机(TTA)完备性，讨论了TTI的TTA完备性。RTM则对冯·诺依曼机进行扩充，添加标准时钟(stdClk)部件用于操作定时。RTM的时间语义指令具有原子性，即其正确性不仅取决于其操作的逻辑正确性，还取决于正确的时序或定时行为;stdClk则支持实现程序时间行为的非平台依赖性。同时，stdClk与控制处理器执行的CPU时钟(cpuClk)具有同步关系，利于基于RTM的处理器的形式化建模和程序执行时间分析。　　接着，本文设计并实现了一款实时处理器——实时处理单元(RPU)。RPU基于RTM模型，为RISC-V指令集添加了TTI扩展，通过阻塞方式实现时间触发操作，保证指令级时间语义。同时，它采用硬件粗粒度多线程技术(CGMT)，以时间触发(TT)机制进行线程调度，保汪任务级时间语义。本文实现了两版RPU，分别是基于经典五段流水的RPU1.0和基于RISC-V开源处理器CV32E40P的RPU1.1，给出了评估RPU实现的资源消耗结果和评估RPU可预测性的时序结果，验证了理论研究工作的可行性以及与通用处理器体系结构的兼容性。　　最后，本文在RPU平台上运行了一个基于逻辑执行时间(LET)编程范式的应用示例，并对示例应用的正确性和实时性进行了评估。评估结果显示该应用在RPU上运行时具有稳定的时间属性，说明了RPU的时间可预测性，验证了全文工作的有效性。

关键词：实时系统时间可预测性时间语义指令集实时机时间语义完备性时间触发自动机实时处理器

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一种具有时间语义的实时处理器模型

计算机研究与发展 2021年第6期58卷 1176-1191页

作者：汪超陈香兰章博李曦王超周学海中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230027

实时嵌入式系统是安全关键设备的计算与控制核心.为了保证系统的时间行为正确,要求其软硬件具有时序确定性和可预测性.而现代计算机系统的各个抽象层次均缺乏时间语义,无法满足硬实时安全性设计要求.针对指令集体系结构层次的基础设施... 详细信息

实时嵌入式系统是安全关键设备的计算与控制核心.为了保证系统的时间行为正确,要求其软硬件具有时序确定性和可预测性.而现代计算机系统的各个抽象层次均缺乏时间语义,无法满足硬实时安全性设计要求.针对指令集体系结构层次的基础设施缺乏时间语义的问题,尝试重新定义实时嵌入式系统的指令集和微体系结构.首先,提出一种具有时间语义的实时计算机体系结构模型——实时机(real-time machine,RTM).接着,参考时间触发自动机理论,构建具有时间语义的指令集——TTI(time-triggered instruction set)作为RTM的软硬件接口,并讨论TTI的时间语义完备性问题.最后,设计并实现了实时处理单元(real-time processing unit,RPU),通过理论分析与实验结果的对照得出RPU的时序确定性.逻辑执行时间(logical execution time,LET)编程模型是学术界广泛认可的实时编程范式,通过给出在RPU上运行LET任务集的示例,说明RTM和TTI的有效性.

关键词：实时嵌入式系统时间可预测性实时机模型时间语义指令集实时处理器

T-Minicore嵌入式时间可预测操作系统的设计与实现

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计算机科学 2015年第B11期42卷 454-459页

作者：李晓飞陈香兰刘杰李曦中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230000

目前学术界对时间可预测性尚无统一定义,而时间可预测系统研究也主要集中在体系结构层和编程语言层。根据目前认可度较高的时间可预测性定义,提出对时间可预测性系统进行粒度划分,并基于执行流服务体操作系统模型提出满足LET模型的服务... 详细信息

目前学术界对时间可预测性尚无统一定义,而时间可预测系统研究也主要集中在体系结构层和编程语言层。根据目前认可度较高的时间可预测性定义,提出对时间可预测性系统进行粒度划分,并基于执行流服务体操作系统模型提出满足LET模型的服务粒度时间可预测操作系统T-Minicore。之后通过理论分析证明了改进的通信方式具有时间可预测性,最后通过实验证明运行在该操作系统上的应用具有时间可预测性特性。

关键词：嵌入式操作系统时间可预测性逻辑执行时间服务体执行流

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实时机模型及时间语义指令集研究

计算机工程与科学 2021年第4期43卷 571-578页

作者：陈香兰李曦汪超周学海中国科学技术大学计算机科学与技术学院安徽合肥230027

混合关键系统中,具有不同安全和时间关键度的应用程序共享计算资源。由于系统中存在多种不确定性,设计者需要能同时满足功能行为确定性、时间行为可预测性和高计算性能等多重设计约束的紧致时间设计方法,对现有计算机体系结构及编程语... 详细信息

混合关键系统中,具有不同安全和时间关键度的应用程序共享计算资源。由于系统中存在多种不确定性,设计者需要能同时满足功能行为确定性、时间行为可预测性和高计算性能等多重设计约束的紧致时间设计方法,对现有计算机体系结构及编程语言的理论和方法提出了新的挑战。提出支持时间语义的实时机模型RTM和时间触发指令集TTI,作为构建多层次协同的紧致时间设计方法MTTT的重要基础。最后以直升机飞控程序为例,说明RTM思想和TTI指令集的有效性。

关键词：混合关键系统计算机体系结构指令集编程模型时间可预测性

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时间可预测的编程框架

时间可预测的编程框架

作者：刘杰中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着计算机硬件技术和软件技术的不断发展,嵌入式实时系统被广泛应用于工厂自动化、医疗设备、航空航天等安全关键的行业。在这些实时系统中,任务的时间确定性尤为重要。如何在系统设计过程中加入时间约束,并在运行过程中确保时间约束... 详细信息

随着计算机硬件技术和软件技术的不断发展,嵌入式实时系统被广泛应用于工厂自动化、医疗设备、航空航天等安全关键的行业。在这些实时系统中,任务的时间确定性尤为重要。如何在系统设计过程中加入时间约束,并在运行过程中确保时间约束被满足成为重要的研究课题。Henzinger提出了 LET（Logical Execution Time）编程模型,模型引入了明确的时间语义用于描述系统的时间约束,解决了传统编程模型难以明确表达时间属性的问题。该模型用协作式的控制语义描述控制逻辑和任务的时间约束,功能部分仍沿用进程/线程模型。功能设计和控制设计采用不同的抽象,进程/线程模型不具备刻画任务时间属性的能力,使得LET控制逻辑无法直转换成进程/线程模型中的运行设计,时间属性也不能得到很好的保障。SEFM（Servent/Exe-flow）是一种新的操作系统模型。在SEFM操作系统模型中程序由一组服务组成,服务之间显式地进行交互,不存在不确定的同步或竞争。服务的运行过程比进程/线程模型中任务的运行过程更具有确定性和可控性,和进程/线模型相比,SEFM系统模型更能直接地表达LET模型的控制语义。本文将LET编程模型和SEFM操作系统模型结合在一起,形成了一种新的编程模型（Timed SEFM）:用LET模型的概念实现控制逻辑,用SEFM操作系统模型的实现功能设计,并在LET和SEFM的基础上做了改进,形成了更灵活的控制模型以及时间触发的、协作式的功能模型,能更好地确保程序的实际运行过程遵循控制逻辑。Timed SEFM对TDL和HTL中提出的模块（Module）进行了重定义,引入了模式切换周期的概念,使模式切换更具有确定性的同时简化了可调度性分析;还引入了服务组合的概念,任务由多个独立的服务组合而成,使任务的运行更具有可控性;Timed SEFM编译之后直接形成一组触发器,该组触发器完整地表达了程序的控制逻辑,和Giotto、TDL、HTL等语言相比,省去了用E machine解释E code的过程,使实际运行过程更具有时间确定性。本文详细描述了 Timed SEFM编程模型以及对应的运行时系统。并以一个智能小车控制系统的设计和实现作为案例分析,对Timed SEFM编程框架（Timed SEFM编程模型和运行时系统的总称）进行了验证。

关键词：实时控制系统编程模型服务体/执行流时间可预测性逻辑执行时间