[发明专利]基于算术表达式的MSVL柱面计算方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于计算机系统形式化建模与验证技术领域，主要涉及用形式化的方法对并行程序设计系统进行建模与验证，具体是一种基于算术表达式的MSVL柱面计算方法和系统，可用于多核并行计算程序设计的建模与验证。

技术背景

时序逻辑作为一种系统建模与验证工具已广泛应用于软件工程、数字电路设计等领域。时序逻辑主要有三大分支：线性时序逻辑(ITL)，分支时序逻辑(CTL)以及区间时序逻辑(ITL)。投影时序逻辑(PTL)对ITL进行了扩展，时序逻辑语言MSVL是PTL的一个可执行子集，是一个集建模(Modeling)、仿真(Simulation)和验证(Verification)为一体的时序逻辑程序设计语言，它将系统的建模与性质的描述统一于同一逻辑框架内，通过模型检测技术验证系统的性质。

自上世纪70年代，大量的基于区间或实时模型的单进程的并行或实时编程语言被提出，如带有进程代数共享的CSP和CCS，都是典型的描述和验证实时系统的语言，但是这些语言都是不可执行的。时序逻辑是一种用于描述和验证实时系统实时性的重要方法，很多基于时序逻辑的编程语言都可以描述和证明同一逻辑框架下的程序。Cactus基于分支时间时序逻辑，XYZ/E，THLP，Chronolog，Tempura以及Tokio基于区间时序逻辑，TLA也是一种基于时序逻辑行为的描述语言。然而，这些语言更多地是用来描述和验证，而不是开发实时系统程序。上述大多数的语言针对的都是单进程，用来解决交错或真实时模型下的实时进程，不能够直接处理多进程编程语言。

一个并行程序有多个进程组成，并且每个进程都是一个序列程序(sequential program)，拥有各自的局部变量和语句，因此并行程序比单个程序更难处理。多进程程序设计或多核并行程序设计对于程序员开发并发程序是一项巨大的挑战，因此，研究基本的多进程程序设计技术以及开发相关的支持工具(例如模型检测器)以及理论证明均是计算机系统形式化建模与验证技术领域的客观需要，本发明正是在这方面进行的研究和创新。和上述形式化方法相比，MSVL具有显著的优势。因为MSVL是一个时序逻辑编程语言，有三种执行模式：建模，仿真和验证，所以称为建模仿真验证语言(Modeling Simulation Verification Language，即MSVL)。作为一种形式化的工具，MSVL可以用于对多核并行程序设计系统进行建模与验证。但是目前MSVL的基本时序区间表达式还局限于正整数，描述能力和表达能力弱，应用不够灵活，不能够根据问题的不同用时序表达式和算术表达式来替代，适应面太窄。现有的MSVL缺乏一种有效的时序区间描述方法，这严重地限制了MSVL对并行多核程序设计系统的描述能力。

本发明项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。

发明内容

本发明针对现有技术中时序区间表达式的描述能力和表达能力弱，应用范围窄的技术问题，提供一种算术表达式和时序表达式均可表示时间区间，描述表达能力强，使进程的执行更加准确且可控的基于算术表达式的MSVL柱面计算方法和系统。

本发明是一种基于算术表达式的MSVL柱面计算方法，属于系统形式化建模与验证技术领域，对MSVL程序进程模块进行仿真，建模和验证，本发明定义多核并行程序语法，基于该多核并行程序语法和MSVL语句声明一个多核并行程序，在该多核并行程序中，不同的进程在各自的时序区间上执行，该执行是由进程的时序区间表达式控制的，进程的时序区间和主时间区间并行，各个进程的时序区间并行地围绕主时间区间形成一个圆柱面状模型；基于算术表达式的MSVL柱面计算流程包括有：

步骤1、定义多核并行程序语法，一个多核并行程序或由一个进程，即单进程组成，或由多个并行的进程组成，即由多个单进程并行组成；多核并行程序的语法定义为：

CCM::＝Single_Progress|CCM₁|||CCM₂

其中，CCM为多核并行程序，|||是连接不同并行进程的关键字，Single_Progress为单进程，CCM₁和CCM₂为相互并行的两个多核并行程序；

一个进程包括进程的执行体和进程的时序区间表达式两部分，单进程的语法定义为：

Single_Progress::＝φovl

其中，φ定义了进程的执行体，l为控制进程执行体φ执行的时序区间表达式，ov为连接进程执行体和时序区间表达式的关键字；