本文關(guān)鍵詞：基于溫度感知的多核實(shí)時系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

  更多相關(guān)文章： 實(shí)時系統(tǒng) 失效機(jī)制 MTTF 溫度感知 負(fù)載平衡 損耗補(bǔ)償

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,為了適應(yīng)用戶對系統(tǒng)性能的需求,處理器由單核發(fā)展到雙核,進(jìn)而發(fā)展到多核。然而隨著處理器內(nèi)核數(shù)目的增加和內(nèi)部集成度的提升,處理器內(nèi)部功耗和發(fā)熱量急劇增加。處理器內(nèi)部的高溫和強(qiáng)烈的溫度變化,不僅增大了系統(tǒng)的冷卻成本,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性也產(chǎn)生了巨大影響,嚴(yán)重制約著多核系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。因此在滿足應(yīng)用對實(shí)時系統(tǒng)性能要求的前提下,如何執(zhí)行任務(wù)的調(diào)度,從而提高實(shí)時系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為當(dāng)前亟需解決的問題。目前的研究主要從硬件層面和軟件層面來解決以上問題,而無論是硬件技術(shù)方向的降頻,還是軟件技術(shù)方向的基于溫度感知的任務(wù)調(diào)度方法等的研究,都單一著眼于降低系統(tǒng)的最高溫度,這種方式有時是以犧牲系統(tǒng)性能為代價的。而本文通過對電遷移(Electro migration, EM),應(yīng)力遷移(Stress migration, SM),與時間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿(Time-dependent dielectric breakdown, TDDB)和熱循環(huán)(Thermal cycling, TC)這四種集成電路失效機(jī)制的分析發(fā)現(xiàn),前三種因素主要受高溫影響,而TC除了受系統(tǒng)高溫影響的同時,熱循環(huán)過程中的振幅和頻率的變化對系統(tǒng)平均失效時間(Mean-Time To Failure, MTFF)也有著很大的影響,而系統(tǒng)平均失效時間是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。本文通過對初始損耗相同的同構(gòu)多核系統(tǒng)的生命周期分析,發(fā)現(xiàn)任務(wù)負(fù)載平衡將保證系統(tǒng)MTTF最優(yōu)。然而在異構(gòu)多核系統(tǒng)中,處理器核心的初始損耗與結(jié)構(gòu)各不相同,因此本文提出一種基于損耗補(bǔ)償?shù)臏囟雀兄{(diào)度算法實(shí)現(xiàn)任務(wù)負(fù)載平衡,以達(dá)到系統(tǒng)MTTF最優(yōu)的效果。該算法根據(jù)多核實(shí)時系統(tǒng)中各個核心自身損耗狀況進(jìn)行任務(wù)的分配和調(diào)度,當(dāng)核心的損耗主要基于熱循環(huán)時,在滿足任務(wù)截止期的前提下,運(yùn)用DVFS (Dynamic voltage and frequency scaling)技術(shù),通過調(diào)整處理器執(zhí)行的頻率,使任務(wù)按照其平均能耗非遞增排序執(zhí)行,避免出現(xiàn)熱循環(huán)過程；當(dāng)核心損耗主要是基于高溫時,使任務(wù)按照其平均能耗大小進(jìn)行交叉排序執(zhí)行,避免出現(xiàn)高溫過程,在實(shí)時任務(wù)的分配和調(diào)度過程中通過平衡熱循環(huán)和高溫對各個核心損耗的影響,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時系統(tǒng)MTTF的優(yōu)化。論文最后通過大量模擬實(shí)驗(yàn),與隨機(jī)調(diào)度,溫度感知調(diào)度等算法相比較,證明了該算法效果顯著,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)MTTF的優(yōu)化并提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：實(shí)時系統(tǒng) 失效機(jī)制 MTTF 溫度感知 負(fù)載平衡 損耗補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 論文背景12-15
• 1.1.1 基于硬件的能耗控制13-14
• 1.1.2 基于軟件的能耗控制14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 單核系統(tǒng)上的研究15
• 1.2.2 多核系統(tǒng)上的研究15-16
• 1.2.3 熱量和溫度控制方法的研究16-17
• 1.3 本文主要工作17-18
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第2章 關(guān)于溫度管理相關(guān)工作分析20-30
• 2.1 多核處理器20-21
• 2.1.1 多核系統(tǒng)的簡介20-21
• 2.1.2 多核系統(tǒng)的分類21
• 2.2 實(shí)時系統(tǒng)相關(guān)理論21-22
• 2.3 相關(guān)熱量管理技術(shù)22-25
• 2.3.1 基于硬件的動態(tài)熱量管理技術(shù)22-24
• 2.3.2 基于軟件的功耗感知調(diào)度技術(shù)24-25
• 2.4 處理器溫度獲取技術(shù)25-27
• 2.4.1 硬件性能計數(shù)器25-27
• 2.4.2 基于傳感器的方法27
• 2.5 溫度模型27-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 系統(tǒng)模型及失效機(jī)制分析30-40
• 3.1 系統(tǒng)模型介紹30-31
• 3.1.1 處理器模型30-31
• 3.1.2 任務(wù)模型31
• 3.2 集成電路失效機(jī)制分析31-36
• 3.2.1 電遷移EM32
• 3.2.2 與時間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿TDDB32-33
• 3.2.3 應(yīng)力遷移SM33-34
• 3.2.4 熱循環(huán)TC34-36
• 3.3 問題定義和相關(guān)工具介紹36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-40
• 第4章 算法分析40-54
• 4.1 同構(gòu)多核系統(tǒng)最優(yōu)MTTF分析40-43
• 4.2 異構(gòu)多核系統(tǒng)最優(yōu)MTTF分析43-47
• 4.3 算法分析47-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 實(shí)驗(yàn)測評及分析54-60
• 5.1 模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計54-55
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)配置54-55
• 5.1.2 系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件環(huán)境55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析55-58
• 5.3 本章小結(jié)58-60
• 第6章 結(jié)論和展望60-62
• 6.1 結(jié)論60
• 6.2 未來工作和展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 致謝68-70
• 科研項(xiàng)目和論文發(fā)表情況70

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本文編號：1095343