隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)的快速發(fā)展,能量消耗已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)課題和性能指標(biāo)。一些節(jié)能技術(shù)如動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié),動(dòng)態(tài)電源管理,和自適應(yīng)襯底偏置以及它們的混合為降低嵌入式系統(tǒng)的能量消耗提供了很好的機(jī)會(huì)。任務(wù)調(diào)度和電壓選擇在能量最小化方面起著積極作用。因此將節(jié)能技術(shù)并入調(diào)度算法對(duì)嵌入式系統(tǒng)節(jié)能變得重要起來。事實(shí)上,數(shù)據(jù)或者控制依賴對(duì)節(jié)能有著負(fù)面影響。因此,在節(jié)能調(diào)度算法的設(shè)計(jì)中這一因素的負(fù)面影響需要被有效地解決。考慮到重定時(shí)有向無環(huán)圖能夠有效地克服迭代內(nèi)數(shù)據(jù)依賴的影響,從而為降低調(diào)度長度或能量消耗提供更多的機(jī)會(huì),本文以重定時(shí)有向無環(huán)圖為調(diào)度對(duì)象設(shè)計(jì)了幾個(gè)節(jié)能策略。 本文的主要研究工作概括如下: 1.如果一個(gè)調(diào)度是基于重定時(shí)有向無環(huán)圖產(chǎn)生的,并且所有的任務(wù)都執(zhí)行兩個(gè)性能模式,恰當(dāng)?shù)刂嘏判蛉蝿?wù)順序和每個(gè)任務(wù)的性能模式順序能夠產(chǎn)生更多的松弛用于降低能量消耗。為了提供更多的機(jī)會(huì)降低能量消耗,利用重定時(shí)有向無環(huán)圖只有迭代間數(shù)據(jù)依賴這一特點(diǎn)以及一個(gè)任務(wù)重排序性能模式順序?qū)θ蝿?wù)執(zhí)行沒有影響這一優(yōu)點(diǎn),提出了一個(gè)技術(shù)重排序任務(wù)和性能模式。首先,當(dāng)一個(gè)組件上的一個(gè)任務(wù)被設(shè)置為第一個(gè)執(zhí)行的任務(wù)時(shí),對(duì)于該組件上給定的任務(wù)集,計(jì)算最小的電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間。然后從這些最小電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間里選擇一個(gè)最小的作為該組件上任務(wù)集的最小電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間。相應(yīng)任務(wù)順序和性能模式順序是最終要執(zhí)行的任務(wù)和性能模式順序。 2.許多處理器如PXA255, AMD Mobile Athlon4, Transmeta’s Crusoe具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)能力。此外,多核體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)占領(lǐng)了嵌入式系統(tǒng)市場。在電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間是固定的或者可以忽略不計(jì)的情況下,為了降低具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)能力的多核系統(tǒng)的能量消耗,提出了一個(gè)用于最小化多核系統(tǒng)能量消耗的算法。提出的算法考慮了性能模式轉(zhuǎn)換開銷和處理核之間的通信開銷,該算法用于降低含有依賴任務(wù)并具有公共時(shí)間限制的應(yīng)用程序的電壓轉(zhuǎn)換能量消耗和動(dòng)態(tài)能量消耗。首先,提出的算法在給定時(shí)間限制下通過選擇合理的任務(wù)映射和頻率安排獲取最小的初始調(diào)度長度。然后,它迭代地選擇任務(wù)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以便當(dāng)將被選擇的任務(wù)降低一個(gè)頻率并把被選擇的任務(wù)所在的處理核上的任務(wù)按降電壓順序執(zhí)行時(shí),產(chǎn)生最小的能量消耗。 3.日益縮小的特征尺寸導(dǎo)致在未來泄露能量會(huì)超過動(dòng)態(tài)能量。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和自適應(yīng)襯底偏置是同時(shí)降低動(dòng)態(tài)能量和泄露能量的有效手段。為了響應(yīng)這一趨勢,提出了一個(gè)算法應(yīng)用上述兩種技術(shù)降低具有硬時(shí)間限制的應(yīng)用程序在多核系統(tǒng)上的能量消耗。首先,提出的方法確定初始的任務(wù)順序和頻率安排以在給定的時(shí)間限制下獲得最小的初始調(diào)度長度。然后它迭代地選擇候選任務(wù),調(diào)節(jié)候選任務(wù)的頻率以獲得最大的壓縮能量和增長時(shí)間的比值。為了能夠獲得更多的松弛以降低能量消耗,它在每次頻率調(diào)節(jié)后重排序侯選任務(wù)所在處理核的任務(wù)。 4.近年來,新的多核系統(tǒng)被提出作為降低能量消耗的頗有前景的辦法。在這樣的系統(tǒng)里不僅處理核而且總線具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和自適應(yīng)襯底偏置能力。對(duì)于這樣的系統(tǒng),一個(gè)算法被提出用來降低處理核和通信鏈路的能量消耗。首先,提出的算法利用映射選擇以降低處理核之間的通訊量。然后,它通過同時(shí)調(diào)節(jié)計(jì)算任務(wù)和總線的頻率以獲得最大的壓縮能量和增長時(shí)間比。這樣的操作一直進(jìn)行到進(jìn)一步調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致背離給定時(shí)間限制為止。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TP368.1
【部分圖文】：

圖 1.1 SA-1100 功耗模式轉(zhuǎn)換表 1.3 SAMSUNG S3C2410X 四種工作模式的功耗比較模式 運(yùn)行 空閑 休眠 關(guān)機(jī)最大功耗(mW)297 122 33 80時(shí)鐘頻率(MHz)203 203 12 0.03276備注 全速運(yùn)行 CPU core時(shí)鐘停止系統(tǒng)時(shí)鐘=晶振頻率僅有 RTC1.4 嵌入式系統(tǒng)的功耗組成入式系統(tǒng)主要是基于CMOS技術(shù)。在CMOS電路中功耗可分態(tài)功耗和短路功耗[41-45]，分別用 ，PP ，P

第一章 緒 論功耗也可以表示為：dynamic staticP P P(1-4嵌入式系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗的比例隨著電路工藝水平的發(fā)展而發(fā)生性的變化, 以前動(dòng)態(tài)功耗是CMOS電路功耗的主要組成部分。而隨著特征不斷縮小，靜態(tài)功耗的比例日益加大，圖 1.2 展示了不同工藝水平動(dòng)態(tài)功態(tài)功耗的比例[55]。

系統(tǒng)級(jí)動(dòng)態(tài)電源管理是一種在運(yùn)行時(shí)變化功耗狀的設(shè)計(jì)方法，它有選擇地將空閑組件放入低功耗狀態(tài)[75]。文際的系統(tǒng)中，工作負(fù)載會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，動(dòng)態(tài)電源負(fù)載的變化情況，將輕負(fù)載的組件切換到較低的運(yùn)行狀態(tài)，從要求的同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗。動(dòng)態(tài)電源管理的目標(biāo)是降低功耗的整體性能[37,77]。它通常與其它的節(jié)能降耗技術(shù)聯(lián)合起來使用節(jié)、自適應(yīng)襯底偏置等。1.6 研究中用到的多核處理器模型研究中使用到的多核處理器均為同構(gòu)的，每個(gè)處理核具有獨(dú)立核具有離散的性能模式并且可以單獨(dú)地調(diào)整性能模式的高低而影響。處理核之間的通信是通過連接核心的共享總線完成的。自各個(gè)處理核的存取請(qǐng)求。本次研究中使用到的多核處理器模型

【引證文獻(xiàn)】

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2 任慰;以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為中心的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)化設(shè)計(jì)研究[D];華中科技大學(xué);2013年

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1 王成剛;基于GPRS的定型機(jī)排氣余熱回收計(jì)量監(jiān)測系統(tǒng)[D];杭州電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2811892