本發(fā)明涉及一種同步數(shù)據(jù)流程序的形式化編譯方法，尤其涉及將同步語(yǔ)言SIGNAL編譯并自動(dòng)生成串行C代碼。

背景技術(shù)：

安全關(guān)鍵嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航空電子、航天器及核能控制等領(lǐng)域，這類系統(tǒng)也被稱為反應(yīng)式系統(tǒng)(reactive systems)，因?yàn)橄到y(tǒng)不斷地和環(huán)境在進(jìn)行交互。其中，環(huán)境可以是一些被系統(tǒng)控制的物理設(shè)備，也可以是操作人員或其他反應(yīng)式系統(tǒng)。這類系統(tǒng)從環(huán)境中接收輸入，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到輸出信息，并最終將輸出信息輸出到環(huán)境。同步編程方法，基于同步假設(shè)理論，非常適合用來(lái)設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)。首先，計(jì)算過(guò)程的時(shí)間被抽象為0，這使得系統(tǒng)行為被劃分成離散的邏輯時(shí)刻序列。在每個(gè)邏輯時(shí)刻，系統(tǒng)的輸入-計(jì)算-輸出時(shí)間為0。其次，不同輸入事件的發(fā)生順序被抽象為事件之間的相對(duì)順序。雖然物理時(shí)鐘被抽象，但系統(tǒng)固有的功能特性并未改變，所以同步編程方法是在平臺(tái)無(wú)關(guān)層次上表達(dá)和驗(yàn)證系統(tǒng)的功能特性。

目前有ESTEREL、LUSTRE、SIGNAL和QUARTZ等同步語(yǔ)言，它們可以看作同步假設(shè)理論的不同實(shí)現(xiàn)。其中，ESTEREL、LUSTRE以及QUARTZ語(yǔ)言使用純同步模式(Perfect Synchrony)，即存在一個(gè)全局時(shí)鐘(單時(shí)鐘)，而SIGNAL語(yǔ)言使用多態(tài)同步模式(Polychrony)，即多時(shí)鐘，能夠更自然和方便地表達(dá)分布式系統(tǒng)。

同步語(yǔ)言編譯過(guò)程并不局限于代碼生成：首先需要分析同步模型是否可執(zhí)行。同步數(shù)據(jù)流語(yǔ)言SIGNAL編譯過(guò)程中的時(shí)鐘演算分析是很重要的一步，而代碼生成是根據(jù)時(shí)鐘演算得來(lái)的。時(shí)鐘演算包含多個(gè)步驟，例如進(jìn)程間的同步，也就是時(shí)鐘關(guān)系等式系統(tǒng)的構(gòu)造；時(shí)鐘等式系統(tǒng)的消解；代碼自動(dòng)生成所依賴的時(shí)鐘樹的構(gòu)建等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：對(duì)安全關(guān)鍵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一方面，完善生成代碼的控制結(jié)構(gòu)非常重要。在SIGNAL編譯器中，抽象時(shí)鐘表達(dá)的控制流用于得到代碼自動(dòng)生成的控制結(jié)構(gòu)。因此，時(shí)鐘演算的質(zhì)量對(duì)實(shí)現(xiàn)的正確性和效率影響很大。另一方面，編譯器也被要求必須經(jīng)過(guò)形式化驗(yàn)證來(lái)確保保留了源程序的語(yǔ)義。我們提出了一種SIGNAL編譯過(guò)程的形式化方法，用CAML語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。這是為了下一步使用定理證明-驗(yàn)證編譯器方法來(lái)驗(yàn)證我們的編譯器。在我們的形式化方法中，已經(jīng)考慮了現(xiàn)有的優(yōu)化方案。和轉(zhuǎn)換確認(rèn)(Translation Validation)方法相比，我們把編譯器看作一個(gè)“白盒”。在定理證明一驗(yàn)證編譯器方法中，源程序改變，不需重新驗(yàn)證編譯器。然而，這類方法也存在一個(gè)問(wèn)題，即編譯器發(fā)生任何改動(dòng)，例如優(yōu)化和更新，證明過(guò)程需要重新驗(yàn)證。為了減輕這個(gè)問(wèn)題，我們提出了一個(gè)適當(dāng)?shù)哪K化結(jié)構(gòu)來(lái)支持我們的形式化方法，這意味著，當(dāng)編譯器的某些模塊發(fā)生改變，只需要對(duì)相應(yīng)部分進(jìn)行重新證明。

技術(shù)方案：一個(gè)SIGNAL形式化編譯并自動(dòng)生成串行C代碼的編譯器，基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，將編譯過(guò)程分為用戶程序的標(biāo)準(zhǔn)化、SIGNAL進(jìn)程間的同步、時(shí)鐘等式系統(tǒng)的消解、時(shí)鐘等式的分層表示和代碼自動(dòng)生成五個(gè)模塊，采用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML來(lái)編程，一旦編譯器需要改進(jìn)或優(yōu)化，不需要驗(yàn)證整個(gè)編譯器，只需要驗(yàn)證對(duì)應(yīng)的模塊即可。

本發(fā)明還提供一種利用所述的編譯器實(shí)現(xiàn)的一種基于同步數(shù)據(jù)流程序編譯的形式化方法，用于將同步語(yǔ)言SIGNAL形式化編譯，

使用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML描述同步語(yǔ)言SIGNAL的編譯過(guò)程的用戶程序標(biāo)準(zhǔn)化；

使用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML描述同步語(yǔ)言SIGNAL的編譯過(guò)程的SIGNAL進(jìn)程間的同步；

使用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML描述同步語(yǔ)言SIGNAL的編譯過(guò)程的時(shí)鐘等式系統(tǒng)的消解；

使用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML描述同步語(yǔ)言SIGNAL的編譯過(guò)程的時(shí)鐘等式系統(tǒng)的分層表示；

使用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML描述同步語(yǔ)言SIGNAL的編譯過(guò)程的代碼自動(dòng)生成。

進(jìn)一步的，所述的用戶程序標(biāo)準(zhǔn)化具體如下：在詞法分析，語(yǔ)法分析和類型檢查之后，編譯器將用戶程序轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化程序，其中用戶程序的聲明是由基本結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)表示，標(biāo)準(zhǔn)化程序只有基本結(jié)構(gòu)；

A)用戶程序語(yǔ)法：

ty：表示SIGNAL的數(shù)據(jù)類型；

exp：表示SIGNAL的表達(dá)式，能夠是常數(shù)表達(dá)式或由四種基本結(jié)構(gòu)組成，Ident表示為信號(hào)的標(biāo)識(shí)符，等式中常量用CInt，CReal，CBool，CString和CChar表示，F(xiàn)unc，Delay，When和Default表示四種基本結(jié)構(gòu)，F(xiàn)unc還表示時(shí)鐘的集合操作；

eqn：表示SIGNAL的等式，一個(gè)等式表示數(shù)據(jù)或時(shí)鐘之間的關(guān)系，Constraint表示時(shí)鐘的比較操作^＜，^＞，^#和^＝；

decl：表示SIGNAL每個(gè)進(jìn)程中的局部聲明；

proc：表示SIGNAL中進(jìn)程，進(jìn)程proc是一組等式的集合(eqn list)，表示信號(hào)間的時(shí)鐘關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)系；此外，進(jìn)程包含進(jìn)程名，輸入信號(hào)，輸出信號(hào)和局部聲明；

spec：一個(gè)SIGNAL程序表示為spec，即進(jìn)程的集合；

B)標(biāo)準(zhǔn)化后的語(yǔ)法，即k-signal：

sty：表示k-signal的數(shù)據(jù)類型，同SIGNAL；

sexp：表示k-signal的表達(dá)式，SIdent為變量表達(dá)式，SCReal等為常量表達(dá)式，SFunc為瞬時(shí)函數(shù)中一元或二元操作；

expSig：表示k-signal中的其余三種基本結(jié)構(gòu)：延遲SDelay、條件采樣SWhen和確定性合并SDefault；

seqn：表示k-signal的等式，同SIGNAL；

kdecl：表示k-signal每個(gè)進(jìn)程中的局部聲明，同SIGNAL；

kproc：表示k-signal中進(jìn)程，同SIGNAL；

kspec：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化后的SIGNAL程序表示為kspec；

基于k-signal語(yǔ)法，用戶程序?qū)?huì)扁平化，并且擴(kuò)展結(jié)構(gòu)將會(huì)轉(zhuǎn)換成基本結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，擴(kuò)展結(jié)構(gòu)到基本結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化規(guī)則為：

轉(zhuǎn)化規(guī)則0：基本規(guī)則，等式用基本結(jié)構(gòu)表示如下：

轉(zhuǎn)化規(guī)則1：抽象時(shí)鐘的集合操作：時(shí)鐘交集，并集，差集，表示如下，并且能用基本結(jié)構(gòu)如下：

轉(zhuǎn)化規(guī)則2：抽象時(shí)鐘的比較操作能夠用時(shí)鐘集合操作表示，從而進(jìn)一步能夠用基本結(jié)構(gòu)表示，表示為空時(shí)鐘：

進(jìn)一步的，所述SIGNAL進(jìn)程間的同步具體如下：首先給出擴(kuò)展的時(shí)鐘抽象表示，然后基于擴(kuò)展時(shí)鐘抽象給出SIGNAL基本結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘同步關(guān)系；

擴(kuò)展的時(shí)鐘抽象表示：

clk：信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，分為Hat和Nonhat；

clkexpr：時(shí)鐘表達(dá)式，其中數(shù)值型表達(dá)式看作一個(gè)復(fù)雜的關(guān)系表達(dá)式；

clkeq：時(shí)鐘等式；

clkeqs：時(shí)鐘等式集合；

擴(kuò)展時(shí)鐘的抽象表示定義如下，

SIGNAL基本結(jié)構(gòu)的抽象表示：

trans_eqns_clkeq_eqs：對(duì)每種基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造其擴(kuò)展時(shí)鐘同步關(guān)系；

trans_pl_clkeq_pl：對(duì)一個(gè)進(jìn)程構(gòu)造其擴(kuò)展時(shí)鐘同步關(guān)系；

基于擴(kuò)展時(shí)鐘的抽象表示，每種基本結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展時(shí)鐘同步關(guān)系如下：

進(jìn)一步的，所述時(shí)鐘等式系統(tǒng)的消解具體如下：

CAML定義的消解時(shí)鐘等式系統(tǒng)程序語(yǔ)法：

nfs：表示一組標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)鐘方程；

unfs：表示一組非標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)鐘方程；

l：表示時(shí)鐘變量是否在時(shí)鐘方程的左側(cè)；

r：表示時(shí)鐘變量是否在時(shí)鐘方程的右側(cè)；

esmap：表示一個(gè)用以保存等價(jià)類和該等價(jià)類所包含的時(shí)鐘變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

具體采用的方法如下：

步驟1：給定時(shí)鐘方程系統(tǒng)的任意方程eq，用NFS與之對(duì)應(yīng)的定義來(lái)替換eq兩邊的時(shí)鐘變量；這樣得到一個(gè)新公式eq’；

步驟2：如果eq’的左側(cè)是時(shí)鐘的表達(dá)式，其右側(cè)是一個(gè)時(shí)鐘變量，那么顛倒eq’；

步驟3：如果eq’的左側(cè)是一個(gè)時(shí)鐘變量，并且eq’的右側(cè)存在，那么執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟6；

步驟4：如果eq’左側(cè)和右側(cè)都是時(shí)鐘表達(dá)式，則被稱為復(fù)雜的時(shí)鐘關(guān)系，那么執(zhí)行步驟5；

步驟5：把eq’代入U(xiǎn)NFS中，執(zhí)行步驟8；

步驟6：把eq’代入NFS中，執(zhí)行步驟7；

步驟7：用eq’來(lái)替換在UNFS中每個(gè)方程式ceq兩側(cè)的時(shí)鐘變量，得到一個(gè)新的方程ceq’，如果ceq’左側(cè)和右側(cè)是等價(jià)的，那么就從UNFS中消除它，否則，將它添加到UNFS；

步驟8：重復(fù)步驟1-7，直到在時(shí)鐘等式系統(tǒng)中沒有非標(biāo)準(zhǔn)的等式；

步驟9：如果UNFS是空的，則返回NFS，否則返回一個(gè)出錯(cuò)信息。

進(jìn)一步的，所述時(shí)鐘等式系統(tǒng)的分層表示具體如下：

var_in_sexp：表示判斷兩個(gè)時(shí)鐘方程的先后順序；

dass：表示賦值行為；

input：表示輸入行為；

output：表示輸出行為；

cass：表示等價(jià)類；

具體采用的方法如下：

步驟1：獲取一個(gè)排序列表中的元素；

步驟2：如果當(dāng)前元素是通過(guò)簡(jiǎn)化范式(Reduced Normal Form)的方程，即它是時(shí)鐘等價(jià)類之間的關(guān)系，也稱為規(guī)約時(shí)鐘方程，那么在時(shí)鐘樹中能夠找到它的分支，并找到基于時(shí)鐘包含關(guān)系的一個(gè)合適插入地點(diǎn)，然后對(duì)于方程左側(cè)的等價(jià)類創(chuàng)建一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)；

步驟3：如果當(dāng)前元素是作為輸入，輸出，或者一個(gè)賦值操作，那么能夠找到已經(jīng)被插入在時(shí)鐘樹中的相應(yīng)等價(jià)類，并將此操作插入到對(duì)應(yīng)等價(jià)類的操作列表，在這里并不需要排序的操作列表，因?yàn)樗麄円呀?jīng)在排序列表被排序；

步驟4：重復(fù)步驟1-步驟3中，直到在排序列表中沒有元素。

進(jìn)一步的，所述時(shí)鐘代碼自動(dòng)生成具體如下：

pre_def：表示對(duì)應(yīng)c程序的頭文件部分，該部分生成在c程序文件內(nèi)；

produce_types_file：表示對(duì)應(yīng)c程序的頭文件部分，該部分生成在一個(gè)獨(dú)立的存放頭文件中.h文件中；

produce_body_file：表示存放initialize()、step_initialize()、step_finalize()、step()函數(shù)的聲明；

produce_ext_proc_file：表示存放額外建立的函數(shù)的聲明；

io_code_not_op：在生成未優(yōu)化的c程序中，將signal中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)變量，以及在轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要使用到的新聲明的變量；

io_code_op：在生成優(yōu)化后的c程序中，將signal中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)變量，以及在轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要使用到的新聲明的變量；

code_body：用于生成c程序的代碼主體部分；

finalization_code：用于生成c程序的最后一部分，即step_finalize()函數(shù)。

有益效果：本發(fā)明涉及到一個(gè)SIGNAL形式化編譯并自動(dòng)生成串行C代碼的編譯器，該編譯器對(duì)用戶輸入的SIGNAL程序，都能自動(dòng)將其生成相應(yīng)的串行C代碼。該編譯器使用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML來(lái)編寫程序，因?yàn)镃AML程序可以用對(duì)應(yīng)的定理證明-驗(yàn)證編譯器方法來(lái)驗(yàn)證我們的編譯器的正確性，此方法對(duì)于不同的源程序，無(wú)需重新驗(yàn)證編譯器。此外，我們使用模塊化結(jié)構(gòu)來(lái)支持我們的形式化編譯，這樣一旦編譯器需要改進(jìn)或優(yōu)化，我們不需要驗(yàn)證整個(gè)編譯器，而只需要驗(yàn)證對(duì)應(yīng)的模塊即可。

附圖說(shuō)明

圖1：SIGNAL形式化編譯的模塊化體系結(jié)構(gòu)；

圖2：SIGNAL程序的自動(dòng)代碼生成。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：

1)工具總體概述

如圖1所示，該SIGNAL編譯器，基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，將編譯過(guò)程分為用戶程序的標(biāo)準(zhǔn)化、SIGNAL進(jìn)程間的同步、時(shí)鐘等式系統(tǒng)的消解、時(shí)鐘等式的分層表示和代碼自動(dòng)生成這五個(gè)模塊。為了便于以后用定理證明-驗(yàn)證編譯器方法來(lái)驗(yàn)證編譯器的正確性，我們采用函數(shù)式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言CAML來(lái)編程。

2)用戶程序的標(biāo)準(zhǔn)化

在我們的SIGNAL編譯器中，為了把合適的宏提供給用戶，擴(kuò)展結(jié)構(gòu)被定義為基本結(jié)構(gòu)的組合。所以，在詞法分析，語(yǔ)法分析和類型檢查之后，編譯器將用戶程序轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化程序，其中用戶程序的聲明是由基本結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)表示的，而標(biāo)準(zhǔn)化程序只有基本結(jié)構(gòu)。

CAML定義的簡(jiǎn)化的用戶語(yǔ)法：

●ty：表示SIGNAL的數(shù)據(jù)類型，例如integer，real，complex，boolean等；

●exp：表示SIGNAL的表達(dá)式，可以是常數(shù)表達(dá)式或由四種基本結(jié)構(gòu)組成，Ident表示為信號(hào)的標(biāo)識(shí)符，等式中常量用CInt，CReal，CBool，CString和CChar表示，F(xiàn)unc，Delay，When和Default表示四種基本結(jié)構(gòu)，F(xiàn)unc還表示時(shí)鐘的集合操作，例如^+，^*和^-；

●eqn：表示SIGNAL的等式，一個(gè)等式表示數(shù)據(jù)或時(shí)鐘之間的關(guān)系，Constraint表示時(shí)鐘的比較操作^＜，^＞，^#和^＝；

●decl：表示SIGNAL每個(gè)進(jìn)程中的局部聲明；

●proc：表示SIGNAL中進(jìn)程，進(jìn)程proc是一組等式的集合(eqn list)，表示信號(hào)間的時(shí)鐘關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)系。此外，進(jìn)程包含進(jìn)程名，輸出信號(hào)，輸出信號(hào)和局部聲明；

●spec：一個(gè)SIGNAL程序表示為spec，即進(jìn)程的集合。

CAML定義的k-signal語(yǔ)法：

●sty：表示k-signal的數(shù)據(jù)類型，同SIGNAL；

●sexp：表示k-signal的表達(dá)式，SIdent為變量表達(dá)式，SCReal等為常量表達(dá)式，SFunc為瞬時(shí)函數(shù)中一元或二元操作；

●expSig：表示k-signal中的其余三種基本結(jié)構(gòu)：延遲SDelay、條件采樣SWhen和確定性合并SDefault；

●seqn：表示k-signal的等式，同SIGNAL；

●kdecl：表示k-signal每個(gè)進(jìn)程中的局部聲明，同SIGNAL；

●kproc：表示k-signal中進(jìn)程，同SIGNAL；

●kspec：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化后的SIGNAL程序表示為kspec。

基于k-signal語(yǔ)法，用戶程序?qū)?huì)扁平化，并且擴(kuò)展結(jié)構(gòu)將會(huì)轉(zhuǎn)換成基本結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展結(jié)構(gòu)到基本結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化規(guī)則為：

轉(zhuǎn)化規(guī)則0：基本規(guī)則，等式用基本結(jié)構(gòu)表示如下：

轉(zhuǎn)化規(guī)則1：抽象時(shí)鐘的集合操作：時(shí)鐘交集，并集，差集，表示如下，并且能用基本結(jié)構(gòu)如下：

轉(zhuǎn)化規(guī)則2：抽象時(shí)鐘的比較操作能夠用時(shí)鐘集合操作表示，從而進(jìn)一步能夠用基本結(jié)構(gòu)表示，表示為空時(shí)鐘：

此外，SIGNAL語(yǔ)言中常量信號(hào)需要依據(jù)上下文來(lái)判斷其時(shí)鐘，我們使用延遲結(jié)構(gòu)來(lái)定義常量信號(hào)。例如，在等式y(tǒng)＝2whenb和y′＝2whenb′中，兩個(gè)常量信號(hào)2可能分別具有不同的時(shí)鐘，因此，我們使用x₁＝x₁$init 2和x₂＝x₂$init 2來(lái)分別定義兩個(gè)常量信號(hào)。

3)SIGNAL進(jìn)程間的同步

我們首先給出擴(kuò)展時(shí)鐘的抽象表示，然后給出SIGNAL基本結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘同步對(duì)應(yīng)關(guān)系。

擴(kuò)展的時(shí)鐘抽象表示：

●clk：信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，分為Hat和Nonhat；

●clkexpr：時(shí)鐘表達(dá)式，其中數(shù)值型表達(dá)式看作一個(gè)復(fù)雜的關(guān)系表達(dá)式；

●clkeq：時(shí)鐘等式；

●clkeqs：時(shí)鐘等式集合；

對(duì)于條件采樣結(jié)構(gòu)，如果信號(hào)x定義為數(shù)值表達(dá)式，例如一個(gè)整數(shù)比較或者一個(gè)復(fù)雜的boolean型表達(dá)式，那么SIGNAL把關(guān)系時(shí)鐘[x]和[-x]看作黑盒。當(dāng)x定義為復(fù)雜的Boolean型表達(dá)式，我們有和基于這種抽象表示，我們可以得到更精確的時(shí)鐘消解。此外，我們不對(duì)x為數(shù)值型表達(dá)式的情況進(jìn)行處理，并把它看作一個(gè)復(fù)雜的關(guān)系表達(dá)式C。

擴(kuò)展時(shí)鐘的抽象表示定義如下，

SIGNAL基本結(jié)構(gòu)的抽象表示：

●trans_eqns_clkeq_eqs：對(duì)每種基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造其擴(kuò)展時(shí)鐘同步關(guān)系；

●trans_pl_clkeq_pl：對(duì)一個(gè)進(jìn)程構(gòu)造其擴(kuò)展時(shí)鐘同步關(guān)系；

基于擴(kuò)展時(shí)鐘的抽象表示，每種基本結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展時(shí)鐘同步關(guān)系如下：

4)除了條件采樣結(jié)構(gòu)外，我們還擴(kuò)展了確定性合并的時(shí)鐘同步關(guān)系。對(duì)于結(jié)構(gòu)x：＝x₁default x₂，它被分成兩部分：x＝x₁與時(shí)鐘相對(duì)應(yīng)，x＝x₂與時(shí)鐘相對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)，增加了一個(gè)新的時(shí)鐘變量這個(gè)擴(kuò)展在時(shí)鐘樹結(jié)構(gòu)起很大作用，可以避免時(shí)鐘-數(shù)據(jù)環(huán)。

5)時(shí)鐘等式系統(tǒng)的消解

SIGNAL用時(shí)鐘關(guān)系表示數(shù)據(jù)流規(guī)約控制，在任一給定邏輯時(shí)刻，信號(hào)x的值再被計(jì)算之前，必須先測(cè)試x的時(shí)鐘是存在還是缺失，所以消解方法需要有效地檢查時(shí)鐘是否存在。

CAML定義的消解時(shí)鐘等式系統(tǒng)程序語(yǔ)法：

●nfs：表示一組標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)鐘方程。

●unfs：表示一組非標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)鐘方程。

●l：表示時(shí)鐘變量是否在時(shí)鐘方程的左側(cè)。

●r：表示時(shí)鐘變量是否在時(shí)鐘方程的右側(cè)。

esmap：表示一個(gè)用以保存等價(jià)類和該等價(jià)類所包含的時(shí)鐘變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

具體采用的算法：

步驟1：給定時(shí)鐘方程系統(tǒng)的任意方程eq，用NFS與之對(duì)應(yīng)的定義(如果已經(jīng)被定義了)來(lái)替換eq兩邊的時(shí)鐘變量。這樣我們得到一個(gè)新公式eq’。

步驟2：如果eq’的左側(cè)是時(shí)鐘的表達(dá)式，其右側(cè)是一個(gè)時(shí)鐘變量，那么我們顛倒eq’。

步驟3：如果eq’的左側(cè)是一個(gè)時(shí)鐘變量，并且eq’的右側(cè)存在，那么執(zhí)行步驟5，否則執(zhí)行步驟6。

步驟4：如果eq’左側(cè)和右側(cè)都是時(shí)鐘表達(dá)式，則被稱為復(fù)雜的時(shí)鐘關(guān)系，那么執(zhí)行步驟5。

步驟5：把eq’代入U(xiǎn)NFS中，執(zhí)行步驟8。

步驟6：把eq’代入NFS中，執(zhí)行步驟7。

步驟7：用eq’來(lái)替換在UNFS中每個(gè)方程式ceq兩側(cè)的時(shí)鐘變量，這樣我們得到一個(gè)新的方程ceq’，如果ceq’左側(cè)和右側(cè)是等價(jià)的，那么我們就從UNFS中消除它，否則，我們將它添加到UNFS。

步驟8：重復(fù)步驟1-7，直到在時(shí)鐘等式系統(tǒng)中沒有非標(biāo)準(zhǔn)的等式。

步驟9：如果UNFS是空的，則返回NFS，否則返回一個(gè)出錯(cuò)信息。

5)時(shí)鐘等式系統(tǒng)的分層表示

經(jīng)過(guò)消解的時(shí)鐘等式能夠生成可執(zhí)行代碼。為了高效的應(yīng)用重寫和保持時(shí)鐘等式系統(tǒng)的三元組結(jié)構(gòu)，我們使用了一種基于樹的等式表示，稱為時(shí)鐘樹。而且它也被用于檢查程序是否是時(shí)間可確定，稱為endochronous性質(zhì)，即整個(gè)時(shí)鐘樹只存在一個(gè)根時(shí)鐘，這樣能夠生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的確定性的串行可執(zhí)行程序。

CAML定義的時(shí)鐘等式系統(tǒng)分層表示：

●var_in_sexp：表示判斷兩個(gè)時(shí)鐘方程的先后順序。

●dass：表示賦值行為。

●input：表示輸入行為。

●output：表示輸出行為。

●cass：表示等價(jià)類。

這里構(gòu)造時(shí)鐘樹的算法：

步驟1：獲取一個(gè)排序列表中的元素。

步驟2：如果當(dāng)前元素是通過(guò)簡(jiǎn)化范式(Reduced Normal Form)的方程，即它是時(shí)鐘等價(jià)類之間的關(guān)系，也稱為規(guī)約時(shí)鐘方程，那么在時(shí)鐘樹中能夠找到它的限制分支，并找到基于時(shí)鐘包含關(guān)系的一個(gè)合適插入地點(diǎn)，然后對(duì)于方程左側(cè)的等價(jià)類創(chuàng)建一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)；

步驟3：如果當(dāng)前元素是作為輸入，輸出，或者一個(gè)賦值這樣的操作，那么我們可以找到已經(jīng)被插入在時(shí)鐘樹中的相應(yīng)等價(jià)類，并將此操作插入到對(duì)應(yīng)等價(jià)類的操作列表(在這里我們并不需要排序的操作列表，因?yàn)樗麄円呀?jīng)在排序列表被排序)。

步驟4：重復(fù)步驟1-步驟3中，直到在排序列表中沒有元素。

6)代碼自動(dòng)生成

代碼生成基于之前所描述的程序轉(zhuǎn)換。從時(shí)鐘演算到構(gòu)成目標(biāo)語(yǔ)言程序，時(shí)鐘樹一直起著重要的指導(dǎo)作用。而數(shù)據(jù)依賴圖不僅在時(shí)鐘序列的局部有序的基本操作中起作用，還幫助在樹狀目標(biāo)代碼中增加了功能行為。這樣的代碼通用于不同的目標(biāo)語(yǔ)言中，包括主流的語(yǔ)言如C、C++、Java。

首先創(chuàng)建一個(gè)代碼生成樹，然后生成串行C代碼。其主體生成步驟見圖2。

CAML定義的代碼生成：

●pre_def：表示對(duì)應(yīng)c程序的頭文件部分，該部分生成在c程序文件內(nèi)。

●produce_types_file：表示對(duì)應(yīng)c程序的頭文件部分，該部分生成在一個(gè)獨(dú)立的存放頭文件中.h文件中。

●produce_body_file：表示存放initialize()、step_initialize()、step_finalize()、step()函數(shù)的聲明。

●produce_ext_proc_file：表示存放額外建立的函數(shù)的聲明。

●io_code_not_op：在生成未優(yōu)化的c程序中，將signal中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)變量，以及在轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要使用到的新聲明的變量。

●io_code_op：在生成優(yōu)化后的c程序中，將signal中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)變量，以及在轉(zhuǎn)化過(guò)程中需要使用到的新聲明的變量。

●code_body：用于生成c程序的代碼主體部分。

●finalization_code：用于生成c程序的最后一部分，即step_finalize()函數(shù)。

通過(guò)時(shí)鐘演算來(lái)獲得時(shí)鐘樹的結(jié)果，能夠引導(dǎo)構(gòu)建目標(biāo)語(yǔ)言程序。此外，通過(guò)數(shù)據(jù)依賴關(guān)系不僅可以在序列中局部確定基本操作，而且還可以在分層目標(biāo)代碼中安排各部分運(yùn)行。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。