实时嵌入式系统的应用领域不断扩大，相关研究受到进一步关注。衡量实时嵌入式系统性能的重要指标之一是任务的最坏情况执行时间，因此通常在系统设计阶段即需开展指令缓存行为预测工作，以准确估计实时任务的执行时间上界。指令缓存行为的时间延迟是该时间上界重要组成之一，因此指令缓存行为预测研究的重点是识别缓存行为的命中、缺失，目标是估计缓存行为的时间延迟。现代嵌入式处理器的指令缓存配置复杂，且所设计的系统可能采用不同任务调度方式，这均会增加指令缓存行为预测的难度。论文基于双核双层典型架构，在不同任务调度方式下，研究指令缓存行为预测的有效方法，包括：对指令缓存行为建模、验证所建模型的正确性，并进行模型优化求解，即估算出缓存行为的时间延迟。
　　(1)研究指令缓存行为建模所需要的关键信息的识别和捕获。重新定义指令分类方法，更准确地识别指令类型；设计路径剪枝规则，尽可能地降低指令类型识别的时间开销；进一步分析路径剪枝规则，设计路径捕获方法，准确地捕获2层指令缓存上可能发生的访问。
　　(2)在任务固定且呈现周期性反复运行的任务调度方式下，分析待建的指令缓存行为模型特征、模型正确性验证的不足和模型求解难点；采用可满足性模理论，建立缓存行为延迟的SMT模型，验证模型的正确性，设计优化求解算法，并证明算法的最优性。
　　(3)在任务随着时间推移不断变化且呈现周期性反复运行的任务调度方式下，分析待建的指令缓存行为模型特征和模型正确性验证的不足；结合可满足性模理论，建立多时段缓存行为延迟模型、验证模型的正确性和模型转化的等价性。基于进化算法，分析个体选择、交配和变异可能对模型优化解的影响，给出相应的对策，对模型进行求解。
　　实验结果表明：(1)提出的基于路径剪枝的指令分类方法能够在可接受时间开销的前提下更准确地完成指令分类；(2)提出的基于路径剪枝的路径捕获方法可以在更小时间开销下保证高层指令缓存访问的准确预测；(3)可满足性模理论不仅能够实现缓存行为准确建模，也易于开展模型正确性和模型等价转化的自动验证；(4)SMT模型的优化求解算法可在理论证明的对数阶迭代次数内得到优化解；(5)多时段缓存行为延迟模型的优化求解算法可使选择的绝大部分标准的缓存行为结果收敛到优化解上，剩余少量标准的缓存行为结果与优化解的接近度超过98.5%。
　　论文主要创新贡献：(1)提出一种指令缓存行为建模预处理框架，包括基于规则的路径采样法和准确的2层路径捕获法，既提升了建模所需关键信息捕获的准确性，又兼顾了时间开销；(2)提出基于SMT的缓存行为预测新方法，既易于开展模型正确性自动验证，又可高效求得优化解；(3)提出基于动态多目标建模方法、SMT和进化求解技术的缓存行为预测方法，既建立了多时段缓存行为延迟模型，又兼顾模型的自动验证，并求得模型的优化解。