实时系统中基于DVS与Cache划分技术的节能研究

【摘要】：随着嵌入式系统中微处理器的集成度不断增长,其性能有了大幅度的提高,但芯片的功耗的也随之增加。而对于使用电池的嵌入式系统来说,功耗的增加意味着体积的增大,使用时间的缩短,可靠性的降低以及成本的增加。因此,如何节约能耗一直是嵌入式系统中的一个重要的研究课题。 DVS(动态电压调度,dynamic voltage scaling)策略通过动态调节CPU运行频率来达到节能目的,是一种被广泛应用的CPU节能技术。Cache划分(Cache Partition)技术是一种Cache节能技术,该技术逻辑上将系统Cache为每个任务分割出一部分,每个任务只使用属于自己的Cache,通过系统运行时动态休眠没有运行任务的Cache以达到节能的目的,另外Cache划分消除了任务间的Cache干扰同样可以节约Cache能耗。本文将两种技术结合起来,取得了更好的节能效果。 本文首先建立一个单处理器下的结合DVS和Cache划分技术的系统模型,分析DVS和Cache划分技术对系统能耗的影响,提出了一个多项式时间复杂度算法来最小化系统能耗。然后,又建立了多核处理器下的系统模型,针对多核处理器下的模型修改单处理器算法来最小化系统能耗。 最后,本文给出几种对照算法。通过仿真工具模拟得到了多组测试集的实验数据。实验对比了测试集在不同算法下和最优解的能耗,结果表明本文在单处理器和多核处理器模型下的算法都在满足实时可调度条件下非常接近最优解,且能够有效地降低系统能耗。 【关键词】：实时嵌入系统 可调度 节能 cache划分 动态电压调度
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景10
• 1.2 研究现状10-11
• 1.3 论文的主要工作11-12
• 1.4 论文的组织结构12-14
• 第2章 相关工作14-24
• 2.1 实时嵌入式系统相关知识14-17
• 2.2 节能技术相关研究17-19
• 2.2.1 DVS与Cache划分介绍17-19
• 2.2.2 相关研究19
• 2.3 最优化问题19-20
• 2.4 相关工具20-22
• 2.4.1 SimpleScalar20-21
• 2.4.2 数学规划工具CPLEX21-22
• 2.5 本章小结22-24
• 第3章 系统模型及分析24-34
• 3.1 单核系统模型24-27
• 3.1.1 任务模型24-25
• 3.1.2 能耗模型25-27
• 3.2 DVS与Cache划分对系统能耗影响分析27-30
• 3.2.1 CPU临界速率27-28
• 3.2.2 Cache大小对能耗的影响28-29
• 3.2.3 CPU电压和Cache大小对CPU和Cache能耗的相互影响29-30
• 3.3 多核系统模型30-33
• 3.3.1 系统模型30-31
• 3.3.2 任务模型31-32
• 3.3.3 能耗模型32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 算法描述34-48
• 4.1 单核系统34-41
• 4.1.1 数学规划模型34-35
• 4.1.2 启发式算法35-39
• 4.1.3 对照组算法39-41
• 4.2 多核系统41-46
• 4.2.1 数学规划模型41
• 4.2.2 启发式算法41-44
• 4.2.3 对照组算法44-46
• 4.3 本章小结46-48
• 第5章 实验与结果分析48-58
• 5.1 实验方法48
• 5.2 实验内容48-57
• 5.2.1 单核系统模型试验结果及分析50-54
• 5.2.2 多核系统模型试验结果及分析54-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 未来工作与展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-66
• 科研项目和论文发表情况66

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