本文關鍵詞： 溫度感知 多核任務調度 多處理器片上系統(tǒng) 滑動窗口 動態(tài)電壓/頻率調整 熱點　出處：《山東大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近幾年,越來越多的新型嵌入式系統(tǒng)需要高性能、高集成度的處理器來滿足其相關的嵌入式設計約束,例如減小系統(tǒng)的物理尺寸或者降低功耗。在這種情況下,多處理器片上系統(tǒng)(Multiprocessor systems-on-chips, MPSoCs)成為了解決這一問題的一個比較理想的方案,并且引起了學術界和工業(yè)界的共同關注。然而,隨著處理器內核數目和集成度的增加,芯片內部功耗值和發(fā)熱量急劇增加,芯片內部溫度也隨之上升。高溫熱點和大的溫度變化增加了系統(tǒng)的冷卻成本,降低了系統(tǒng)的可靠性和性能,嚴重制約了高性能微處理器在實時系統(tǒng)中的應用和發(fā)展。在滿足實時系統(tǒng)截止期和芯片閾值溫度的約束下,如何執(zhí)行任務調度、降低芯片能耗是一個亟需解決的熱點問題。 在研究了多種關于多處理器片上系統(tǒng)的溫度管理技術的基礎上,提出了兩種溫度感知的動態(tài)任務調度算法。首先,本文提出了一種MPSoCs中基于滑動窗口模型的溫度感知動態(tài)任務調度算法Prob-HN。該算法根據各個內核以及其鄰居單元的當前溫度和歷史溫度,計算內核的任務分配概率,然后選擇一個概率最大的空閑內核來執(zhí)行任務。在考慮內核的歷史溫度影響時,定義了一個溫度滑動窗口模型,用來記錄最近門個任務到達時各單元的溫度,同時,考慮到距離當前時間越遠的歷史溫度對當前的影響越小的情況,定義了一個衰減函數,對不同時間的歷史溫度分配不同的影響權重。在考慮內核鄰居單元的溫度時,為了權衡算法的精確度和復雜度,將物理位置直接相鄰的單元定義為鄰居單元,只考慮分組內鄰居單元之間的溫度影響,不考慮分組間單元之間的溫度影響。 針對支持DVFS的MPSoCs中實時任務的調度問題,本文提出一種溫度感知動態(tài)任務調度算法Prob-V。該算法首先根據內核自身的溫度以及其鄰居單元的溫度,為每一個空閑內核計算一個任務分配概率,然后選擇任務分配概率最大的空閑內核來執(zhí)行就緒的任務。當第一步中選定內核來執(zhí)行就緒任務之后,算法將依據兩個定理為選定的內核確定合適的電壓／頻率狀態(tài),在保證任務可以在截止期之前完成的情況下使內核的最高溫度最低。 為了對本文提出的溫度感知的動態(tài)任務調度算法進行評估,本文使用HotSpot5.0作為功率-溫度建模工具,根據具體的多處理器片上系統(tǒng)的特性開發(fā)了一個連續(xù)運行的動態(tài)調度模擬器。該模擬器可以方便的對各種多處理器片上系統(tǒng)中的溫度感知的動態(tài)任務調度算法進行評估；可以根據需要生成各種周期性、帶依賴關系的隨機任務集,或者低、中、高負載的固定任務集；可以將算法執(zhí)行過程中處理器各組成部分的溫度以圖形化的形式進行動態(tài)顯示。利用本動態(tài)調度模擬器,對文中提出的溫度感知調度算法的性能進行了評估,所有結果均是根據UltraSPARC T1處理器芯片上收集的數據得出的。實驗結果表明,本文提出的兩個調度算法與已有算法相比均能夠有效的減少高溫熱點的累計時間,降低芯片內部各單元在空間和時間上的溫度變化,從而實現相對較低并且時間穩(wěn)定、空間均衡的溫度分布。
[Abstract]:In recent years , more and more new embedded systems require high performance and high integration processors to meet their associated embedded design constraints , such as reducing the physical size of the system or reducing power consumption . In this paper , a dynamic task scheduling algorithm based on sliding window model in MPSoCs is proposed . First , a temperature - sensing dynamic task scheduling algorithm based on sliding window model in MPSoCs is proposed . A temperature sliding window model is defined based on the current temperature and historical temperature of the kernel and its neighbors . In order to solve the scheduling problem of real - time tasks in MPSoCs supporting DVFS , this paper proposes a temperature - aware dynamic task scheduling algorithm , Prob - V . The algorithm first calculates a task allocation probability for each idle kernel according to the temperature of the kernel itself and the temperature of its neighbors , then selects the idle kernel with the largest task allocation probability to execute the ready task . When the kernel is selected in the first step to execute the ready task , the algorithm will determine the proper voltage / frequency state for the selected kernel according to the two theorems . This paper uses HotSpot5 . 0 as the power - temperature modeling tool to evaluate the dynamic task scheduling algorithm for temperature sensing .

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP332

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