Embedded Systems Development Support with the Integration of the Actor-Model and Functional Reactive Programming

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K11236
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60050:Software-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Watanabe Takuo 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (20222408)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 関数リアクティブプログラミング / 関数プログラミング言語 / 組込みシステム / 分散システム / アクターモデル / 型システム

Outline of Final Research Achievements

This study shows that using the Functional Reactive Programming (FRP) language, which incorporates the idea of actor models, contributes to improving embedded systems' safety, reliability, and development efficiency with limited computational resources. The main contributions are: (1) We proposed an efficient distributed glitch-free change-propagation algorithm for time-varying values. We designed and implemented an actor-based distributed FRP language that adopts the algorithm. (2) We introduced an explicit state description mechanism into an FRP language for small-scale embedded systems. The mechanism can improve the modularity of components with state-dependent behaviors. (3) We presented a novel type system that can define recursive data types with the maximum data size to be constructed. We designed and implemented an FRP language incorporating the type system. We proved that any well-typed program can safely be executed within the amount of the memory specified by the types.

Free Research Field

プログラミング言語

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アクターモデルを実行系とする分散関数リアクティブプログラミング(FRP)言語は，関数プログラミングが提供する諸性質（高い可読性と実行効率，形式的扱いの容易さ等）をネットワークで相互接続された組込みシステムの領域に導入するものであり，国内外を通してユニークである．また，状態依存動作の抽象化機構，およびプログラムの使用メモリ量をコンパイル時に保証できる型システムは，いずれも組込みシステムの開発効率と安全性の向上に寄与する．本研究の成果は，IoTやサイバーフィジカルシステムを含む広範な組込みシステムの信頼性と安全性および開発効率の向上に貢献することが期待できる．