本文關(guān)鍵詞：嵌入式眾核系統(tǒng)溫度感知的任務(wù)映射算法及功耗管控方法研究

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【摘要】：隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的延伸,應(yīng)用需求作為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的核心動力,對系統(tǒng)性能提出了更高的要求。高性能、高集成度的多處理器體系架構(gòu)被提出并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著特征尺寸的降低,芯片內(nèi)部功耗密度增大,單位面積產(chǎn)熱量的增加造成芯片內(nèi)部溫度的上升。芯片過熱嚴(yán)重影響到系統(tǒng)運(yùn)行的性能和可靠性,熱效應(yīng)問題因其嚴(yán)峻性在近年來被廣泛地研究和關(guān)注。其中,滿足熱效應(yīng)相關(guān)約束的任務(wù)與功耗管理方面的研究成為了熱點(diǎn)問題之一。本文針對眾核系統(tǒng)溫度、性能雙優(yōu)化目標(biāo)下的任務(wù)管理問題,提出了溫度感知的動態(tài)任務(wù)映射算法和實(shí)時功耗管控方法。首先,通過對現(xiàn)有任務(wù)映射算法的缺陷分析,在CoNA算法的基礎(chǔ)上提出了以系統(tǒng)溫度和性能雙優(yōu)化為設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)時溫度感知任務(wù)映射算法TWeNA。算法設(shè)計(jì)中,提出了基于通信權(quán)重的任務(wù)圖內(nèi)部任務(wù)映射排序算法,在映射準(zhǔn)備階段優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信性能;同時,基于實(shí)時溫度反饋,在智能爬山首節(jié)點(diǎn)選擇算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),優(yōu)化映射區(qū)域的選擇;在進(jìn)行動態(tài)任務(wù)映射時,提出了一種新型的候選節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級分析方法,綜合考量對系統(tǒng)溫度和性能的影響。其次,由于在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,負(fù)載和溫度分布存在實(shí)時變化,本文在TDP(Thermal Design Power)設(shè)計(jì)功率約束下建立了合理的功耗管控方案,實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)變化,獲取溫度反饋信息,結(jié)合動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù),制定合理的細(xì)粒度功耗管控決策,實(shí)現(xiàn)在額定功率約束下系統(tǒng)的高性能計(jì)算和溫度空間分布的均衡性。在方案設(shè)計(jì)中,提出了自定義的應(yīng)用調(diào)度優(yōu)先級評判標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)性能影響因子分析方法,制定功耗管控方案的整體調(diào)度流程。分析功耗管控單元的需求和功能,構(gòu)建眾核系統(tǒng)溫度感知功耗管控的整體架構(gòu)圖。最后,通過所搭建的眾核系統(tǒng)驗(yàn)證平臺,對本文所提出的任務(wù)映射算法和功耗管控方案分別進(jìn)行評估。結(jié)果顯示,TWeNA算法與當(dāng)前較優(yōu)的任務(wù)映射算法相比,在網(wǎng)絡(luò)吞吐率上有20%左右的優(yōu)化,同時網(wǎng)絡(luò)發(fā)包延時減少;在溫度優(yōu)化方面,有效降低了系統(tǒng)的峰值溫度,同時溫度方差明顯減少。在原有任務(wù)映射算法的基礎(chǔ)上引入功耗管控方法之后,系統(tǒng)的吞吐率得到了近25%的提升;系統(tǒng)熱均衡性優(yōu)化效果顯著,溫度方差數(shù)值與單純應(yīng)用TWeNA算法相比降低了8%至55%;在TDP約束下,系統(tǒng)的能量利用效率得到了近15%的提升。
【關(guān)鍵詞】：嵌入式眾核系統(tǒng) 動態(tài)溫度管理 溫度感知 任務(wù)映射 功耗管控 動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP368.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 縮略詞表14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究背景15-17
• 1.1.1 嵌入式眾核系統(tǒng)的發(fā)展15
• 1.1.2 熱效應(yīng)對嵌入式眾核系統(tǒng)的影響15-17
• 1.1.3 嵌入式眾核系統(tǒng)熱量管理17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 眾核系統(tǒng)的功耗管理17-18
• 1.2.2 眾核系統(tǒng)任務(wù)映射算法18-20
• 1.2.3 眾核系統(tǒng)動態(tài)熱量管理策略20-21
• 1.3 研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排21-23
• 第二章 嵌入式眾核系統(tǒng)溫度管控技術(shù)概論23-39
• 2.1 嵌入式眾核系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)23-27
• 2.1.1 基于片上網(wǎng)絡(luò)的眾核系統(tǒng)架構(gòu)23-25
• 2.1.2 基于片上網(wǎng)絡(luò)的眾核系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程25-27
• 2.2 嵌入式眾核系統(tǒng)并行編程模型27-28
• 2.3 眾核系統(tǒng)能量與溫度建模28-33
• 2.3.1 能量建模28-30
• 2.3.2 溫度建模30-33
• 2.4 嵌入式眾核系統(tǒng)溫度管理方法33-38
• 2.4.1 基于硬件的熱量管理技術(shù)33-35
• 2.4.2 基于軟件的熱量管理技術(shù)35-36
• 2.4.3 溫度感知與溫度估計(jì)36-37
• 2.4.4 溫度感知任務(wù)調(diào)度流程37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 溫度感知的動態(tài)任務(wù)映射算法設(shè)計(jì)39-51
• 3.1 現(xiàn)有任務(wù)映射算法缺陷分析39-42
• 3.1.1 非連續(xù)型任務(wù)映射算法缺陷分析39-40
• 3.1.2 溫度感知任務(wù)映射算法缺陷分析40-42
• 3.2 功耗溫度估計(jì)模型比較及選擇42-44
• 3.2.1 線性模型42-43
• 3.2.2 周期累加型溫度增長模型43-44
• 3.2.3 考慮環(huán)境溫度的簡易溫度估計(jì)模型44
• 3.3 溫度感知的動態(tài)任務(wù)映射算法設(shè)計(jì)44-50
• 3.3.1 相關(guān)參數(shù)定義44-45
• 3.3.2 問題定義45-46
• 3.3.3 優(yōu)先級分析46-47
• 3.3.4 溫度感知任務(wù)映射算法流程47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 眾核系統(tǒng)實(shí)時溫度感知功耗管控方案設(shè)計(jì)51-62
• 4.1 溫度感知功耗管控問題描述與實(shí)現(xiàn)策略51-55
• 4.1.1 眾核系統(tǒng)溫度感知功耗管控問題描述51-52
• 4.1.2 功耗約束下的溫度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)策略52-53
• 4.1.3 任務(wù)調(diào)度優(yōu)先級分析53-54
• 4.1.4 性能影響因子分析54-55
• 4.2 眾核系統(tǒng)功耗管控需求分析及架構(gòu)設(shè)計(jì)55-58
• 4.2.1 功耗管控單元需求分析55-56
• 4.2.2 功耗管控單元架構(gòu)設(shè)計(jì)56-57
• 4.2.3 眾核系統(tǒng)功耗管控工作流程57-58
• 4.3 眾核系統(tǒng)實(shí)時功耗管控方案58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 系統(tǒng)仿真及方案效果評估62-78
• 5.1 嵌入式眾核系統(tǒng)驗(yàn)證平臺搭建62-67
• 5.1.1 系統(tǒng)軟件平臺62-63
• 5.1.2 實(shí)時溫度反饋工具63-64
• 5.1.3 實(shí)時功耗反饋工具64
• 5.1.4 仿真平臺搭建64-67
• 5.2 評估方案設(shè)計(jì)67
• 5.3 TWeNA任務(wù)映射算法評估67-72
• 5.3.1 系統(tǒng)性能優(yōu)化評估68-70
• 5.3.2 系統(tǒng)溫度優(yōu)化評估70-72
• 5.4 功耗管控方案評估72-75
• 5.4.1 系統(tǒng)性能優(yōu)化評估72-74
• 5.4.2 系統(tǒng)溫度優(yōu)化評估74-75
• 5.5 系統(tǒng)能量利用效率評估75-77
• 5.6 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 工作總結(jié)78-79
• 6.2 研究展望79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 個人簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果85-86

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳];;心動陣列的自動映射算法[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;1992年05期

2 黃勝;吳川川;楊曉非;王輝;張衛(wèi);;一種基于臨近原則的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法[J];電信科學(xué);2013年12期

3 柳玉起;李明林;馮少宏;易國鋒;;基于有限元映射算法的試驗(yàn)網(wǎng)格顯示及其應(yīng)用[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

4 王琳珠;單_，

本文編號：513107