基于DVS面向硬实时任务的节能调度算法的研究

【摘要】： 近年来,随着半导体和芯片技术的快速发展,越来越多的便携式设备,如:MP3、PDA、手机和手提电脑等,在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。然而,芯片密度和工作频率的大幅度提高,同时也使得超大规模集成电路系统的功耗越来越大,以电池供电的便携式设备的能耗问题尤为突出。能耗的急剧增加,不仅加大了芯片的封装和制冷成本,而且增加了芯片的失效率,也导致了实时系统稳定性和可靠性的下降。因而,能耗问题己经成为制约便携式设备发展的一个关键问题,能量优化和节能技术成为当前系统设计者研究的焦点。 目前,大多数实时节能调度算法都以动态电压调整(DVS)技术为基础,并具有很好的节能效果。DVS技术已经成为一种颇有发展潜力的关键节能技术,在保证系统实时性的前提下,它通过动态调整处理器的电压/频率来减少系统能耗。 本文首先总结和分析了硬实时节能调度算法的研究现状,讨论了当前硬实时节能调度算法的相关技术和几种经典的节能调度算法,然后在DVS技术的基础上,对硬实时周期任务和混合任务的节能调度两个方面做了一定的研究: (1)在硬实时周期任务节能调度方面,本文针对传统的开环调度算法存在的不足,在传统的任务调度模型中加入平均执行时间进行建模,提出了一种新的节能调度算法MSF-DVS,一方面离线计算每个任务可能产生的静态空闲时间,基于最大空闲时间优先策略对任务排序;另一方面结合反馈控制和动态电压调整技术调整处理器的速度。仿真结果表明该算法有着较好的控制性能,并且能够有效的降低系统的整体能耗。 (2)在硬实时混合任务节能调度方面,首先分析了硬实时混合任务节能调度和周期任务节能调度所关注的不同点,接着深入分析了一种比较简洁的硬实时混合任务节能调度算法——OLDVS算法,并指出了该算法存在不足的原因,针对制约其节能效果的因素提出了改进思路。最后还利用任务划分技术对OLDVS算法进行了改进,通过理论分析表明改进的算法能够更好的节能。 【关键词】：硬实时 节能调度 动态电压调整 反馈控制 任务划分
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP316.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景和意义9-11
• 1.2 实时节能调度的发展和研究现状11-14
• 1.2.1 硬实时周期任务节能调度12-13
• 1.2.2 硬实时混合任务节能调度13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 1.4 本文的组织结构15-16
• 第2章 实时调度和动态电压调整16-29
• 2.1 关于实时系统16-17
• 2.2 实时调度基本理论17-23
• 2.2.1 实时调度的基本概念和相关术语17-19
• 2.2.2 实时调度算法的分类19-21
• 2.2.3 常见的实时调度算法21-23
• 2.3 动态电压调整(DVS)23-29
• 2.3.1 DVS的基本原理23-25
• 2.3.2 实时DVS调度算法25-27
• 2.3.3 非实时DVS调度算法27-29
• 第3章 实时节能调度相关技术和常用算法分析29-37
• 3.1 实时节能调度相关技术29-34
• 3.1.1 空闲时间回收29-31
• 3.1.2 延迟调度31-33
• 3.1.3 反馈控制33-34
• 3.2 常用实时节能调度算法34-36
• 3.2.1 静态优先级在线节能调度算法(lppsRM)34
• 3.2.2 CCEDF算法34-35
• 3.2.3 LAEDF算法35-36
• 3.3 小结36-37
• 第4章 硬实时周期任务节能调度算法的研究37-51
• 4.1 引言37-38
• 4.2 反馈控制38-40
• 4.2.1 反馈控制系统相关概念38
• 4.2.2 反馈控制系统的结构38-39
• 4.2.3 反馈控制器的设计39-40
• 4.3 基于反馈控制的MSF-DVS节能调度算法40-47
• 4.3.1 系统模型40
• 4.3.2 能量模型40-41
• 4.3.3 最大空闲时间优先调度算法—MSF算法41-43
• 4.3.4 静态调度策略43-44
• 4.3.5 动态调度策略44-45
• 4.3.6 MSF-DVS算法举例45-47
• 4.4 仿真实验与分析47-50
• 4.4.1 系统工作负载对能耗的影响47-49
• 4.4.2 系统利用率对能耗的影响49-50
• 4.5 小结50-51
• 第5章 硬实时混合任务节能调度算法的研究51-63
• 5.1 引言51-52
• 5.2 OLDVS算法52-57
• 5.2.1 系统模型52
• 5.2.2 处理器需求和负载因子52-53
• 5.2.3 OLDVS算法分析53-57
• 5.3 OLDVS算法改进思路57-58
• 5.4 基于任务划分的改进OLDVS算法58-62
• 5.4.1 能量管理机制59-61
• 5.4.2 能量消耗分析61-62
• 5.5 小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间发表的论文70-71
• 附录71-75

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