嵌入式实时系统的低功耗调度算法研究

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随着半导体芯片技术的快速发展,处理器芯片的集成度和性能越来越高,而体积越来越小。这直接导致处理器单位面积功耗呈指数级增加,能耗问题日益突出。尤其在嵌入式实时系统领域,实时性和低功耗作为其主要特点,如何在满足实时性的前提下尽可能地降低功耗,成为了嵌入式实时应用领域的一个热门研究课题。  本文基于动态电压调节技术的实现原理,分析和总结了目前国内外基于动态电压调节技术的低功耗调度算法的研究成果,分别从离线低功耗调度、在线低功耗调度和针对依赖进程的低功耗调度算法三个方面做了相应的研究。  首先,本文分析了最优离线低功耗调度算法-LPEDF算法,指出了该算法在计算关键区间时可能存在的问题:在一些特定条件下,由于区间被“压缩过度”,可能会出现一定区间范围内的进程超过截止期限而无法调度的情况。针对此问题,本文对特定区间范围内的进程调度作了详细分析,找出了LPEDF算法出现此问题的原因,并提出了一种LPEDF改进算法,有效地避免了进程超过截止期限的问题出现,保证了LPEDF算法在降低功耗的同时,满足进程调度的实时性要求。  其次,本文分析了一种优秀的在线低功耗调度算法-OLDVS算法,该算法具有时间复杂度低且易于实现的特点,但也存在一些不足。为进一步提高节能效果,针对该算法的不足,提出了相应的改进思路,进而提出了一种可适用于混合任务(包括周期任务和非周期任务)的统一在线低功耗调度算法-OLDVS-UA算法。在OLDVS-UA算法中,综合参考了基于进程就绪队列和任务划分等相关节能技术理论。模拟调度实验表明,OLDVS-UA算法和其它在线低功耗调度算法相比,在保证调度实时性的基础上,能更有效地进一步降低功耗。  最后,本文还对依赖进程的低功耗调度算法作了一些初步的研究。针对依赖进程的低功耗调度算法研究,一般采用分步实现的思想:第一步,确定合理的进程执行顺序;第二步,确定进程的执行频率,以达到降低功耗的目的。由于第二步可以采用本文以上提出的低功耗调度算法来完成,所以本文主要研究如何确定合理的进程执行顺序。为此,本文提出了一种基于拓扑排序的EDF调度算法-TOPOEDF算法。该算法在拓扑排序算法的基础上,增加对进程截止期限和释放时间的考虑,按照最早截止期优先和先来先服务的调度原则,来最后确定依赖进程的调度顺序。
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