ESTEREL语言中的并发与gotopause指令：理论探索与应用

本文档深入探讨了在ESTEREL，一种专为实时嵌入式系统设计的高级同步并发语言中引入新的`gotopause`指令的可能性。ESTEREL的核心理念基于同步并发范例，其执行模型被描述为一系列计算时刻，强调结构化控制而非传统的跳转指令，如`goto`。然而，这种限制在某些情况下可能导致自动化编码复杂且不直观，尤其是在表达复杂控制流程时。 作者首先回顾了ESTEREL的基本概念，包括行为、测试、循环和抢占机制，这些都是语言中用于构建控制流的关键元素。由于缺乏直接的跳转机制，编程者可能需要通过复杂的序列和并行操作来实现类似功能，这无疑增加了代码的复杂性和冗余。 论文的主要目标是解决这个问题，即如何在保持语言表达力和对自动机支持的同时，引入一个与并发兼容的非瞬时跳转指令。作者首先定义了ESTEREL的状态语义，这是一种形式化的框架，用于精确描述程序的行为。通过证明新定义的状态语义与原始逻辑行为语义在观察层面上是等价的，作者确保了新指令的引入不会改变语言的核心性质。 `gotopause`指令被设计成能够在程序的任意位置激活一个状态控制点，允许程序在下一个时刻从该点继续执行。这种特性有助于简化自动机的编码，使之更加自然和直观，同时也有助于减少编程复杂度，特别是在处理并发和控制流转换时。 论文接下来展示了`gotopause`指令的两个关键应用。首先，它可以直接用于自动机的编码，使得机器的行为描述更为简洁明了。其次，通过使用`gotopause`，可以进行程序的准线性重写，有效地消除所谓的“精神分裂症行为”，这是一种因控制流程跳跃导致的并发问题，通过新指令的有序控制，可以避免这类问题的发生。 尽管`goto`指令在一般编程实践中常被视为不推荐，但在ESTEREL的上下文中，作者论证了引入`gotopause`的合理性，因为它能够提高语言的实用性和对特定应用场景的支持。考虑到许多ESTEREL编译器实际上已经在内部处理跳转，该指令的实现也相对直接，无需复杂的翻译过程。 总结来说，这篇电子笔记不仅探讨了在ESTEREL中引入`gotopause`指令的必要性，还提供了其实现方法以及潜在的实际应用，为实时嵌入式系统设计语言的进一步发展提供了一个有见地的视角。