基于嵌入式实时调度的电压调节算法的研究

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动态电压调节(DVS)技术是嵌入式实时系统中一种高效的低能耗设计技术。实时调度层面的DVS算法主要是分析任务调度过程中的松弛时间,然后分配这些松弛时间来降低系统的能耗。传统的时间分配方式都是以最坏执行时间进行(WCET)的,然而WCET并不能准确反映任务的实际执行情况,对此,本文采用实际执行时间(AET)的概率分布对系统的能耗进行建模,发现系统的能耗与任务的AET有着直接关系,从单个任务来看,任务能耗的期望与AET分布的期望成正比例关系,从系统整体来看,如果系统的松弛时间按照AET来进行分配,系统的能耗将达到最低。但是,任务的AET无法提前得知,本文采用了概率估计的方法,利用平均执行时间(ACET)对AET概率分布进行估计,本文基于ACET对下一个任务到来之前(即NTA)的松弛时间进行分配,并将此方法分别运用到静态优先级的调度算法RMS和动态优先级的调度算法EDF,实验结果表明,改进后的RMS和EDF算法在节能效果上比传统的DVS算法均有所提高。在此基础上再利用Look-ahead思想,通过提前分析当前执行任务的执行情况,对当前任务将要产生的松弛时间进行估计,使得系统的能耗进一步降低,实验结果表明,基于改进ACET的DVS算法的节能效果进一步提升了3.90%。  本文还将基于ACET的DVS算法运用到经典的混合实时调度TBS算法中,实验结果表明,改进后的TBS算法在保证了软实时任务响应时间的同时还能降低系统的能耗。结合已有的一些能耗管理框架,本文总结出了混合实时任务的能耗管理框架—MTSF-DVS框架,并在该框架中加入了软实时任务的服务质量QoS因子,用来控制软实时任务的响应效果,将此框架的原型在eCOS系统中进行了实现。本文将此原型移植到Petinum M的实际平台上进行测试,测试结果表明,该框架能够稳定工作,最大能够节约近50%的能耗。
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