【摘 要】
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随着嵌入式实时系统对高性能低功耗需求的不断提升,多核体系结构开始应用于嵌入式实时系统。任务在多核处理器上的可调度性分析比在单核处理器上的可调度性分析更加困难,这是由于在单核中分析任务可调度性时每个任务执行的最坏情况是已知的,然而在多核平台中每个任务精确的最坏情况并没有找到。因此,已有的可调度性分析方法是基于对每个任务执行的最坏情况的悲观估计。目前,针对任务在多核处理器上的可调度性分析的研究热点之一
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随着嵌入式实时系统对高性能低功耗需求的不断提升,多核体系结构开始应用于嵌入式实时系统。任务在多核处理器上的可调度性分析比在单核处理器上的可调度性分析更加困难,这是由于在单核中分析任务可调度性时每个任务执行的最坏情况是已知的,然而在多核平台中每个任务精确的最坏情况并没有找到。因此,已有的可调度性分析方法是基于对每个任务执行的最坏情况的悲观估计。目前,针对任务在多核处理器上的可调度性分析的研究热点之一是任务在全局调度策略下的可调度性分析。全局调度策略常用的悲观估计分析过程为:1)计算每个高优先级任务在被分析任务执行窗口的工作量上界,基于该工作量上界分析其干涉量上界;2)将所有高优先级任务的干涉量求和作为整个任务集对被分析任务的干涉量上界;3)基于被分析任务的忙碌窗口总干涉量综合分析被分析任务的可调度性。在上述模式中的第一步使用到了一个非常重要的概念即carry-in,该概念用于描述一个干涉任务的实例在某个问题窗口开始前释放但是其绝对截止期在忙碌窗口内产生的工作量。已有的全局调度策略分析方法,由于对实际系统运行情况考虑欠缺、任务模型或者处理器体系结构的不同,导致全局调度策略的可调度性分析仍有很大的研究空间和亟待解决的问题。本文首先研究了串行任务模型在同构多核平台采用全局调度策略进行调度的问题,解决全局调度策略的悲观性和针对全局调度策略分析方法的悲观性。基于串行任务模型可调度性分析方法的研究,本文研究了并行任务模型在同构多核上采用全局调度策略的悲观性。最后,基于以上的研究针对异构多核并行任务模型的可调度性进行了研究。本文的主要贡献概括如下:（1）针对串行任务模型在carry-in干涉量估算的悲观性问题,本文提出一种全新的carry-in工作量分析策略。关键是通过研究发现目前carry-in估计方法存在的悲观假设所导致的悲观问题。为了解决该悲观性问题,本文提出全新的carry-in工作量估算方法,改善全局固定优先级响应分析方法的正确性。为了保证该分析方法的效率问题,本文提出两种技术改善该分析方法的效率。（2）针对串行任务模型基于全局固定优先级（G-FP,Global Fixed-Priority）调度时执行模式的悲观性,基于G-FP调度策略的特性研究高优先级任务和低优先任务执行的特点提出一种全新的执行策略,并基于该策略分析任务的可调度性。本文提出一种构建任务间执行依赖的调度策略,并提出基于该策略的可调度性分析方法,提升了G-FP调度策略的正确性。（3）针对串行任务模型在执行时抢占问题造成系统额外开销的问题,本文研究了串行任务模型在最早截止期优先（G-EDF,Global Earliest Deadline First）策略下的限制性可抢占调度问题。本文最终提出一种G-EDF的限制性可抢占策略,减少任务集的抢占次数从而减少由于抢占和任务在核间迁移造成的额外开销。（4）针对并行任务模型在G-FP策略进行可调度性分析的悲观性问题,结合串行理论基础提出一种全新的干涉量估算方法。本文结合窗口滑动原理,研究每个高优先级carry-in实例在问题窗口内的执行特性,提出一种新的并行任务模型干涉量估算方法,提高任务的可调度性。改善了carry-in工作量的计算方法,提升了针对同步并行任务模型的响应时间分析的正确性。（5）针对并行任务模型在G-EDF调度策略下carry-in估计方法的悲观性问题进行了研究。本文提出一种基于carry-in工作量估计的并行任务模型在G-EDF算法中的可调度性分析。针对该问题使用串行任务模型中针对carry-in实例最先进的工作量估计方法改善关于carry-in工作量估算方法,从而提升任务集的可调度性。（6）针对异构多核分类并行任务的响应时间分析问题进行研究。该问题中每个子任务都必须在执行类型的核上执行,因此带来和同构体系结构不同的问题。本文首先提出一种高效率的可调度性分析方法,解决了目前已知方法的悲观性和安全性问题。然而,该方法依然存在很大的悲观性,本文根据并行任务模型的内部结构特性提出一种更加精确的可调度性分析方法。综上所述,本文研究了多核嵌入式实时系统全局调度的相关问题,针对G-FP和G-EDF两种调度策略改善其在不同任务模型和多核体系结构下的可调度性问题。
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