【摘 要】
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由于集成电路工艺技术的不断进步,异构多核实时系统的规模与性能大幅提高。这极大地促进了航空航天、汽车电子、人工智能等众多领域的发展。然而工艺的进步也带来了能耗和可靠性的问题,随着晶体管的特征尺寸在不断减小,处理器上晶体管的集成度也不断提升,不仅增加了处理器的功率密度,而且增加了电路的敏感性,导致系统中发生故障的概率越来越高。动态电压频率调节（DVFS）是一种常见的能耗优化技术,然而DVFS不能优化系
【基金项目】
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国家重点研发计划“数字电网关键技术”项目（2020YFB0906000）“基于混合架构并内嵌安全技术的电力专用边缘计算芯片研究与设计”课题（2020YFB0906001）；
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由于集成电路工艺技术的不断进步,异构多核实时系统的规模与性能大幅提高。这极大地促进了航空航天、汽车电子、人工智能等众多领域的发展。然而工艺的进步也带来了能耗和可靠性的问题,随着晶体管的特征尺寸在不断减小,处理器上晶体管的集成度也不断提升,不仅增加了处理器的功率密度,而且增加了电路的敏感性,导致系统中发生故障的概率越来越高。动态电压频率调节（DVFS）是一种常见的能耗优化技术,然而DVFS不能优化系统的静态能耗,而且最近的研究表明,随着供电电压的降低,系统可靠性也会降低。与此同时,现有技术通常只考虑瞬态故障,而没有充分考虑永久故障带来的可靠性问题。针对以上不足,本文基于有依赖关系的周期性实时任务,设计了系统能耗和可靠性的联合优化方案,其主要内容包含四个方面。第一,利用多核固有的冗余性,将主副版本备份技术应用于容错,提出了EESS机制。该机制通过延迟备份任务的执行,减少主任务与备份任务的重叠时间,从而降低系统能耗。第二、针对现有方法大多只采用DVFS,而未考虑DVFS会降低系统可靠性的问题,引入了动态电源管理（DPM）技术,既可以降低DVFS的负面影响,又可以降低系统静态能耗。第三、针对任务执行时间通常小于其WCET的情况,引入了动态调度方法,在任务提前完成后,应用DPM技术进一步优化系统能耗。第四、针对任务截止时间较紧带来的备份任务调度易失败问题,提出了任务动态再分配机制DRFT,即在处理器发生故障时,对故障处理器上未执行的任务进行再分配,从而维持系统的可靠性。本文对随机生成的任务模型和真实的任务模型进行了广泛的对比和评估。实验结果表明,与现有技术相比,本文的调度机制EESS和DRFT,在保持系统高可靠性的同时,平均降低了28.8%和53.1%的能耗。
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