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实时系统研究的主要方向/项目组/期刊会议

实时系统是计算机科学中的一个重要分支,其与嵌入式系统、操作系统、运筹与优化等领域具有较强关联。我读博期间选择了实时系统任务调度方向,多年下来也算有点经验。在这里,我总结一下实时系统领域内目前主流的几个研究方向,希望对初入这个领域的硕士/博士有所帮助。

1. 研究方向

  • 多核任务调度:Global/partitioned multicore scheduling;
  • 多核资源调度:Multiprocessor resource sharing protocols, e.g., MrsP;
  • 实时编程语言:Real-Time Ada/Spark, Real-Time Specification Java (RTSJ);
  • 多关键性系统:Mixed-criticality systems;
  • 虚拟化:Virtualization, dual-os;
  • 硬件相关:Many-cores,GPGPU并行化,ASIC;
  • 实时通信:工业实时总线,CAN消息调度;
  • 大型网络调度:WSN, Network-on-chip (NoC)

2. 研究项目组与大学

这里给出的实时系统研究组主要集中在欧美,国内的情况我不太熟悉,日后再做补充:

Europe

  • Real-Time Systems Research Group, University of York (York, UK)
  • ReTis Lab – Real-Time Systems Laboratory, Sant’Anna School of Advanced Studies (Pisa, Italy)
  • CISTER: Research Centre in Real-Time Computing Systems (Porto, Portugal)
  • Real-Time Systems Research Group (Vienna, Austria)
  • MRTC – Mälardalen Real-Time Research Centre (Vasteras, Sweden)
  • PARTS – Parallel Architectures for Real-Time Systems (Brussels, Belgium)
  • Real-Time Systems at TU Kaiserslautern (Kaiserslautern, Germany)
  • Real-Time and Embedded Systems Group at MPI-SWS (Saarbrücken, Germany)

America

  • Networked Real-Time and Embedded Systems Laboratory, University of Illinoi
  • Real-Time Systems Group, University of North Carolina
  • Cyber-Physical Systems Lab, Washington University in St. Louis

Asia

  • Timing Analysis Group, National University of Singapore

3. 相关学术会议

会议方面有专门针对实时系统的RTSS等,也有嵌入式方面的EmSoft,还有CPS方向的如ICCPS等:

实时系统方向:

  • RTSS (A*, CCF A)
  • RTAS (A, CCF B)
  • ECRTS (B)
  • RTCSA (C)
  • RTNS (C)
  • WCET (C)

嵌入式系统方向:

  • EmSoft (A*, CCF B)
  • Ada-Euorpe (B)
  • FPGA (B, CCF B)
  • NOCS (B, CCF C)

设计自动化方向:

  • DAC (A*, CCF A)
  • CODES+ISSS (A , CCF B)
  • ICCAD (A , CCF B)
  • DATE (B, CCF B)

信息物理系统/物联网方向:

  • ICCPS

以上内容算是抛砖引玉,相关内容我会不断更新。欢迎讨论与补充。

实时系统研究的一点思考

要想弄清实时系统的研究意义,首先必须明确实时系统在整个工程系统中的角色。

实时系统的主要应用对象是工业控制、轨道交通、航空航天、电力及能源、机器人、网络设备及服务等。这些系统的稳定性很大程度上决定了生命财产与经济的安全性:如电力系统的短时间崩溃会导致工业和交通停滞,并可能带来生命财产事故;航天飞行器的软件故障,会导致与地面控制中心的失联甚至是坠毁,带来巨大的财产损失。社会的正常发展和秩序很大程度上依赖于这些实时系统的稳定性和可靠性。纵使我们不想如此,人类生活的方方面面还是很大程度上依存于并不稳定的软件系统。设想如果有这样一个软件漏洞,使得多个重要系统在同一时间失控,那么其带来的社会影响和经济损失将不可估量。 实时系统的主要研究目标:保障实时系统在时间和行为上的可预测性,设立可靠的软件设计方法;就是在预防和避免以上的不可靠情况的出现。

至于在当前计算机速度已经如此之快的情况下,实时性研究是否还有其必要性。

答案我想也是肯定的。在新的计算机结构出现之前,CPU速度的提升不等同于系统实时性的提升。CPU速度的提升显然会减少程序的执行时间 (execution time),但是对于从请求产生到得出结果的响应时间 (response time) 及IO的输出间隔的稳定性 (IO jitter) 依然没有明确的保证。与此同时,更加复杂的操作系统和计算机硬件也提高了这种不确定性,例如CPU流水线、cache缓存、内存分页带来的运行时间浮动。反观实时系统的发展历史,从早期的只有MHz的处理器到如今的多核、异构等高性能运算,算力已经提升了数百倍,然而对实时系统的研究却一直没有停滞。综上,CPU速度的提升无法带来实时性上的保证,依然需要依靠实时性分析来保障系统在时间上的可预测性。