Эстерель

Esterel — синхронный язык программирования для разработки сложных реактивных систем. Императивный программирования стиль Esterel позволяет просто реализовать параллелизм и приоритетное вытеснение . Как следствие, он хорошо подходит для проектирования моделей, в которых преобладает контроль.

Разработка языка началась в начале 1980-х годов и в основном осуществлялась командой Парижской горной школы и INRIA под руководством Жерара Берри во Франции. Современные компиляторы берут программы Esterel и генерируют код C или аппаратные (RTL) реализации ( VHDL или Verilog ).

Язык все еще находится в стадии разработки, выпущено несколько компиляторов. Коммерческой версией Esterel является среда разработки Esterel Studio . Компания, которая его коммерциализировала ( Synfora ), инициировала процесс нормализации с IEEE в апреле 2007 года, однако рабочая группа (P1778) распалась в марте 2011 года. Справочное руководство находится в открытом доступе. ^[1]

понятие Многообразное времени

Понятие времени, используемое в Эстереле, отличается от понятия несинхронных языков следующим образом: понятие физического времени заменено понятием порядка. Учитываются только одновременность и старшинство событий. Это означает, что физическое время не играет особой роли. Это называется многоформным понятием времени. Программа Esterel описывает полностью упорядоченную последовательность логических моментов. В каждый момент времени происходит произвольное количество событий (включая 0). События, происходящие в один и тот же логический момент, считаются одновременными. Другие события упорядочены по мере их возникновения. Существует два типа операторов: те, которые занимают нулевое время (выполняются и завершаются в один и тот же момент), и те, которые задерживаются на заданное количество циклов.

Сигналы [ править ]

Сигналы являются единственным средством связи. Существуют ценные и неоцененные сигналы. Далее они подразделяются на входные, выходные или локальные сигналы. Сигнал имеет свойство присутствовать или отсутствовать в одно мгновение. Значимые сигналы также содержат значение. Сигналы передаются по всей программе, а это означает, что любой процесс может читать или записывать сигнал. Значение оцениваемого сигнала можно определить в любой момент, даже если сигнал отсутствует. Статус сигнала по умолчанию отсутствует. Сигналы остаются отсутствующими до тех пор, пока они не будут явным образом установлены с помощью оператора излучения. Связь происходит мгновенно, это означает, что сигнал, излучаемый в цикле, виден сразу. Обратите внимание, что можно общаться туда и обратно в одном и том же цикле.

Правила согласованности сигналов [ править ]

Каждый сигнал присутствует или отсутствует в цикле, но не оба одновременно.
Все писатели бегут раньше читателей.

Таким образом

present A else
    emit A
end

является ошибочной программой , поскольку программа записи «emit A» должна выполняться раньше, чем программа чтения «present A», тогда как эта программа требует, чтобы сначала была выполнена «present A».

Языковые утверждения [ править ]

Примитивные утверждения Эстерела [ править ]

Чистый Эстерель имеет одиннадцать примитивных утверждений. ^[2]

`nothing`	Завершается немедленно, без каких-либо других последствий.
`pause`	Блокирует поток управления в текущем цикле для возобновления в следующем цикле.
п `;` д	Выполняет p до тех пор, пока не завершится, а затем, в той же реакции, запустит q .
п `\|\|` д	Запускает p и q параллельно
`loop` п `end`	Перезапускает тело p сразу после его завершения. Каждый путь через тело цикла должен содержать хотя бы один `pause` оператор, чтобы избежать неограниченного цикла внутри одной реакции.
`signal` С `in` п `end`	Объявляет локальный сигнал.
`emit` С	Сделайте сигнал S присутствующим в текущий момент. Сигнал отсутствует, если он не излучается.
`present` С `then` п `else` д `end`	Если сигнал S присутствует в текущий момент, немедленно запустите p , в противном случае запустите q .
`suspend` п `when` С	Приостанавливает выполнение тела в моменты S. присутствия
`trap` Т `in` п `end`	Объявите помеченный escape-блок.
`exit` Т	Перейдите к концу самого внутреннего T. escape-блока с буквой

Производные операторы Esterel [ править ]

Эстерель имеет несколько производных конструкций: ^[3]^[4]

Производный оператор	Расширение
`halt`	`loop pause end`
`sustain` с	`loop emit` с `; pause end`
`present` с `then` п `end`	`present` с `then` п `else nothing` `end`
`await` с	`trap T in loop pause; present` с `then exit T end end loop end`
`await immediate` с	`trap T in loop present` с `then exit T end; pause end loop end`
`suspend` п `when immediate` с	`suspend present` с `then pause end;` п `when` с
`abort` п `when (immediate)` с	`trap T in suspend` п `when (immediate)` с `; exit T \|\| await (immediate)` с `; exit T; end`
`weak abort` п `when (immediate)` с	`trap T in` п `; exit T \|\| await (immediate)` с `; exit T; end`
`loop p each` с	`loop abort` п `; halt when` с `end loop`
`every (immediate)` с `do` п `end every`	`await (immediate)` с `; loop` п `each` с

Другие Esterel заявления

Полный язык Esterel также имеет инструкции для объявления и создания экземпляров модулей, для переменных, для вызова внешних процедур и для значащих сигналов.

Пример (ABRO) [ править ]

Следующая программа выдает выходной сигнал O, как только получены входные данные A и B. Сбрасывайте поведение всякий раз, когда принимается входной сигнал R.

module ABRO:
input A, B, R;
output O;

loop
  [ await A || await B ];
  emit O
each R

end module

Преимущества Эстерела [ править ]

Модель времени дает программисту точный контроль
Параллелизм, удобный для определения систем управления
Полностью детерминированный
Конечный язык
- Прогнозируемое время выполнения
- Гораздо проще проверить формально.
Может быть реализован как аппаратно, так и программно.

Недостатки Эстерела [ править ]

Конечность языка ограничивает гибкость (но выразительности достаточно для выбранной области применения)
Семантические проблемы
- Избежать нарушений причинно-следственной связи часто бывает сложно.
- В общем случае сложно составить, но существуют простые критерии правильности.

См. также [ править ]

Lustre , родственный язык программирования
SIGNAL , синхронный язык, ориентированный на потоки данных, позволяющий использовать многотактовые спецификации.
Esterel Technologies , разработчик Esterel Studio и других инструментов
Модель параллельного программирования

Ссылки [ править ]

^ Лефевр, Ж. (3 ноября 2005 г.). «Справочное руководство Esterel v7, версия v7 30 – первоначальное предложение по стандартизации IEEE» (PDF) . Эстерел Технолоджис. Архивировано из оригинала (PDF) 30 декабря 2005 г.
^ Берри, Жерар (1999). «Конструктивная семантика чистого Эстереля» . CiteSeerX 10.1.1.46.2076 .
^ Берри, Жерар (июнь 2000 г.). «Букварь языка Esterel v5» . Горная школа и INRIA. CiteSeerX 10.1.1.3.1177 .
^ Берри, Жерар ; Гонтье, Жорж (ноябрь 1992 г.). «Язык синхронного программирования Esterel: дизайн, семантика, реализация». Наука компьютерного программирования . 19 (2): 87–152. CiteSeerX 10.1.1.17.5606 . дои : 10.1016/0167-6423(92)90005-В .

Внешние ссылки [ править ]

Язык Эстерель в Инрии
Columbia Esterel Compiler - компилятор с открытым исходным кодом.

[1] Лефевр, Ж. (3 ноября 2005 г.). «Справочное руководство Esterel v7, версия v7 30 – первоначальное предложение по стандартизации IEEE» (PDF) . Эстерел Технолоджис. Архивировано из оригинала (PDF) 30 декабря 2005 г.

[2] Берри, Жерар (1999). «Конструктивная семантика чистого Эстереля» . CiteSeerX 10.1.1.46.2076 .

[3] Берри, Жерар (июнь 2000 г.). «Букварь языка Esterel v5» . Горная школа и INRIA. CiteSeerX 10.1.1.3.1177 .

[4] Берри, Жерар ; Гонтье, Жорж (ноябрь 1992 г.). «Язык синхронного программирования Esterel: дизайн, семантика, реализация». Наука компьютерного программирования . 19 (2): 87–152. CiteSeerX 10.1.1.17.5606 . дои : 10.1016/0167-6423(92)90005-В .

[1]

[2]

[3]

[4]

понятие Многообразное времени ​