本文關(guān)鍵詞：基于區(qū)間劃分的實(shí)時(shí)系統(tǒng)節(jié)能調(diào)度，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大部分嵌入式設(shè)備由于設(shè)備體積和使用環(huán)境等原因,使得為設(shè)備充電變得異常困難,甚至在一些應(yīng)用場(chǎng)景中,嵌入式設(shè)備的電能使用時(shí)間也即設(shè)備的生命周期。嵌入式設(shè)備的能耗管理近些年已經(jīng)發(fā)展成為嵌入式系統(tǒng)相關(guān)研究中最重要的研究方向之一。在過(guò)去十年里,學(xué)術(shù)界在低能耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域取得了巨大的成就。工業(yè)界將高級(jí)配置與能耗接口(ACPI)標(biāo)準(zhǔn)植入了操作系統(tǒng),并增加了能耗管理模塊,通過(guò)提供系統(tǒng)調(diào)用將一些系統(tǒng)設(shè)備轉(zhuǎn)換為低能耗狀態(tài),從而達(dá)到節(jié)能的目的。許多在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用也存在嚴(yán)格的時(shí)間限制,這些應(yīng)用必須在截止期前完成,例如嵌入式控制器。嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,在滿足任務(wù)在截止期前完成(實(shí)時(shí)性)要求的前提下,盡可能的降低整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的能耗,是一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。 將系統(tǒng)中小的空閑時(shí)間片段合并,增加空閑時(shí)間片段的平均長(zhǎng)度,是解決嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)能耗問(wèn)題的一個(gè)行之有效的策略�；谶@種策略,提出了一種區(qū)間劃分的能耗管理策略,由于劃分的區(qū)間在形狀上類似于垛的形狀,因此將其稱為Crenel-Interval (CI)。劃分CI需要滿足兩個(gè)條件：1.將一個(gè)CI中所有的空閑時(shí)間片段合并后,CI中最多只能出現(xiàn)一個(gè)空閑時(shí)間片段：2.在滿足1的條件下,CI的長(zhǎng)度盡可能的長(zhǎng)。在每個(gè)CI中,任務(wù)實(shí)例只能在CI的兩端執(zhí)行,而CI中所有的空閑時(shí)間片段都集中在CI的中間,因此在每個(gè)CI中最多只會(huì)存在一個(gè)CI。通過(guò)分析CI與任務(wù)實(shí)例之間的關(guān)系,CI中的任務(wù)實(shí)例被分為強(qiáng)制任務(wù)實(shí)例和可選任務(wù)實(shí)例,其中強(qiáng)制實(shí)例必須在當(dāng)前的CI中完成,且在CI的前端執(zhí)行,可選任務(wù)實(shí)例的部分工作量可以被推遲到后續(xù)的CI中執(zhí)行,且在當(dāng)前CI中執(zhí)行的部分工作量需要在CI的后端執(zhí)行。由于在每個(gè)CI中都形成了一個(gè)連續(xù)且較長(zhǎng)的空閑時(shí)間片段,CI能夠輔助一些調(diào)度算法降低系統(tǒng)能耗。 DPM (Dynamic Power Management)技術(shù)可以將系統(tǒng)中的空閑設(shè)備轉(zhuǎn)換為低能耗狀態(tài),從而達(dá)到節(jié)能的目的。利用DPM技術(shù),基于不同的設(shè)備模型,提出了兩種采用EDF (Earliest Deadline First)優(yōu)先級(jí)分配策略的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)節(jié)能調(diào)度算法。在單設(shè)備模型中,系統(tǒng)中只有一個(gè)設(shè)備,所有的任務(wù)都使用這個(gè)設(shè)備,基于此模型提出了CI-EDF調(diào)度算法。針對(duì)按照CI規(guī)則劃分的可選任務(wù)實(shí)例的推遲問(wèn)題,在保證任務(wù)集(任務(wù)集利用率U滿足U≤1)可被CI-EDF調(diào)度的條件下,給出了每個(gè)可選任務(wù)實(shí)例在CI中的執(zhí)行時(shí)間以及所有可選任務(wù)實(shí)例可被開始調(diào)度執(zhí)行的時(shí)間點(diǎn)。CI-EDF的算法復(fù)雜度為O(n2)(n是系統(tǒng)中任務(wù)的個(gè)數(shù))。在多設(shè)備模型中存在多個(gè)設(shè)備,一個(gè)任務(wù)可以使用多個(gè)設(shè)備,一個(gè)設(shè)備可以被多個(gè)任務(wù)使用,基于此模型提出了CI-EDFm算法。CI-EDFm為每個(gè)設(shè)備提供了一個(gè)CI (DCI), DCI是根據(jù)訪問(wèn)該設(shè)備的所有任務(wù)的周期計(jì)算而來(lái)�？紤]到一個(gè)任務(wù)實(shí)例可能會(huì)訪問(wèn)多個(gè)設(shè)備,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于權(quán)重因子的策略來(lái)判斷任務(wù)實(shí)例是否應(yīng)該被推遲,這個(gè)策略綜合考慮了任務(wù)實(shí)例訪問(wèn)的所有設(shè)備的DCI以及這些DCI對(duì)能耗的影響,同時(shí)給出了計(jì)算任務(wù)實(shí)例可被推遲的最長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的方法。CI-EDFm的時(shí)間復(fù)雜度為O(nm)(m是系統(tǒng)中設(shè)備的個(gè)數(shù))。為了進(jìn)一步的降低系統(tǒng)的能耗,提出了將DVFS技術(shù)集成到CI-EDF和CI-EDFm中的方法�？紤]到任務(wù)在實(shí)際執(zhí)行的過(guò)程中需要執(zhí)行的時(shí)間要小于最壞情況的執(zhí)行時(shí)間,對(duì)CI-EDF和CI-EDFm進(jìn)行了修訂,使得它們能夠通過(guò)回收動(dòng)態(tài)空閑時(shí)間來(lái)進(jìn)一步節(jié)省系統(tǒng)能耗。 現(xiàn)代處理器中,晶體管的尺寸變的越來(lái)越小,晶體管需要的閾值電壓也在降低。由于亞閾值漏電流(Subthreshold Leakage.處理器漏電流的主要來(lái)源)隨著閾值電壓的降低而呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),導(dǎo)致更多的電流消耗在晶體管的基底中。晶體管閾值電壓的降低也使得處理器在較低的供應(yīng)電壓下也能獲得較高的頻率,導(dǎo)致處理器的動(dòng)態(tài)功耗的減少。這說(shuō)明在很多現(xiàn)代處理器中,能夠用DVFS (Dynamic Voltage and Frequency Scaling)技術(shù)降低的動(dòng)態(tài)能耗在減少,處理器的漏電流功耗(靜態(tài)功耗)卻在增加,漏電流功耗在處理器的功耗中占有的比例呈增大趨勢(shì)。為了降低處理器的漏電流功耗,提出了基于CI的CI-RM算法。CI-RM算法為每個(gè)任務(wù)設(shè)置了一個(gè)閾值參數(shù),這個(gè)參數(shù)和任務(wù)的周期以及任務(wù)集的利用率有關(guān)。如果任務(wù)實(shí)例的周期區(qū)間和CI的重疊區(qū)域的長(zhǎng)度大于該任務(wù)的閾值參數(shù),那么這個(gè)任務(wù)實(shí)例必須在當(dāng)前的CI中完成其所有的工作量,反之,這個(gè)任務(wù)實(shí)例必須被推遲到下一個(gè)CI中執(zhí)行。為了保證任務(wù)集在CI-RM算法下的可調(diào)度性,給出了可調(diào)度性證明以及CI-RM算法適用的任務(wù)集的利用率范圍。CI-RM的時(shí)間復(fù)雜度為O)(n)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,和現(xiàn)有的基于區(qū)間劃分的漏電流功耗管理算法相比,CI-RM能夠適用利用率范圍更廣的任務(wù)集,CI-RM生成的空閑時(shí)間的平均長(zhǎng)度是現(xiàn)有算法的兩倍多,而且CI-RM能夠節(jié)省更多的能耗(最高12%)。
【關(guān)鍵詞】：功耗/能耗 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng) 垛區(qū)間 動(dòng)態(tài)能耗管理 漏電流功耗
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP332
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 研究背景與意義12-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)20-22
• 2 基于Crenel-Interval的區(qū)間劃分22-31
• 2.1 任務(wù)模型22
• 2.2 Crenel-Interval的定義22-23
• 2.3 計(jì)算Crenel-Interval的長(zhǎng)度23-26
• 2.4 Crenel-Interval中任務(wù)實(shí)例的分類26-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 基于Crenel-Interval的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法31-64
• 3.1 任務(wù)與能耗模型31-33
• 3.2 算法動(dòng)機(jī)33-35
• 3.3 單設(shè)備模型下的CI-EDF算法35-43
• 3.4 多設(shè)備模型下的CI-EDFm算法43-52
• 3.5 進(jìn)一步降低能耗的策略52-54
• 3.6 實(shí)驗(yàn)與分析54-63
• 3.7 本章小結(jié)63-64
• 4 基于Crenel-Interval的處理器靜態(tài)能耗管理算法64-82
• 4.1 任務(wù)與能耗模型64-65
• 4.2 算法動(dòng)機(jī)65-67
• 4.3 CI-RM算法67-76
• 4.4 CI-RM算法和RMS以及ERHS的比較76
• 4.5 實(shí)驗(yàn)與分析76-81
• 4.6 本章小結(jié)81-82
• 5 總結(jié)與展望82-86
• 5.1 主要工作總結(jié)82-84
• 5.2 研究展望84-86
• 致謝86-88
• 參考文獻(xiàn)88-94
• 附錄1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄94-95
• 附錄2 攻讀博士學(xué)位期間參加課題目錄95

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本文編號(hào)：376727