XANDAR加速安全关键多核系统代码生成

新一代网络化嵌入式系统要求快速原型和高性能，绝不妥协可信度或安全。然而，部署安全关键嵌入式软件仍受复杂工具链和繁复工程流程阻碍。结合机器学习和人工智能与失效运行要求的自主系统兴起，仅加剧了验证和确认挑战。

为攻克这些障碍，为期三年欧盟地平线2020项目XANDAR正交付全集成软件工具链——从需求捕获到目标硬件代码集成——完备验证与确认。目标是实现互操作自主嵌入式系统快速原型，不牺牲安全或安保。

基于模型系统架构，XANDAR引入新颖自动模型综合和软件并行化技术，满足严格非功能性需求。此工作为新实时、安全与安保构造范式——即X-by-Construction（XbC）——奠基。

安全关键环境中的多核挑战

并行处理使多核架构跨应用领域无处不在。但编程这些系统——尤其是线程同步和避免竞态条件——依然困难。并行编译器、领域特定语言、不断进化的开发者经验缓解了负担，但在汽车、航空航天等安全关键领域，验证和无错误运行证明仍至关重要，与多核编程额外复杂性冲突。

模型驱动设计可填补此隙，让开发者抽象掉底层细节，同时为嵌入式功能建模、仿真、生成代码。此高层方法推动航天、汽车、过程工业采用，产出更快开发周期和更低成本。

尽管优势明显，模型驱动设计常局限于早期系统规格和架构探索；安全关键系统最终软件仍常手工编码。ARGO等项目引入WCET感知代码生成，模型驱动系统工程通过分层抽象和视角应用于电子/电气架构。这些进展仍需手工跨域集成，受困于易错导入/导出工作流。

当前研究典型用简单有限状态机描述增强架构模型，生成可执行规格用于仿真验证。但真正全息环境——覆盖分布式网络架构、集成行为建模、跨层仿真、验证和代码生成——尚未实现。

XANDAR旨在填补此空白。其代码生成器将坚持XbC保证，保留输入模型所有非功能属性。创新含平台无关代码生成、关键服务监控可运行体、针对AI/ML负载的非确定性加速器。

达成此需自动决策算法、形式检查、优化，平衡实时性能、能效、非功能保证、运行时灵活性。跨维度协同优化的高质量代码生成器将需专门前沿解决方案。

XANDAR项目至2023年12月止，地平线2020资助€500万。联盟由Karlsruhe理工学院Jürgen Becker教授领导，汇聚产学界：

作为八伙伴之一，Vector贡献嵌入式软件专长及高性能开发环境PREEvision和TA Tool Suite。

PREEvision支持协作式、基于模型的连接嵌入式系统规格，语义清晰跨越所有系统层级。TA Tool Suite支持复杂实时系统时序行为的规格、仿真、验证。二者共同构成XANDAR中X-by-Construction设计基础。

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