实时系统的节能调度技术研究

【摘要】： 近年来,能耗问题的研究在实时系统设计中越来越重要。节能调度技术能够结合实时调度理论和动态电压调节DVS技术有效地实现实时系统的节能设计。本文深入研究了硬实时系统的节能调度技术。 首先,本文分别讨论了实际DVS处理器具有的离散电压/频率调节模式、转变时间和能量开销等物理限制对理想情况最优离线节能调度算法的影响,进而综合考虑DVS处理器具有的多维限制,提出了空闲时间选择法,理论证明优于忙周期选择法,并给出了统一的离线节能调度优化方法。 其次,本文深入分析了目前优秀的硬实时系统在线节能调度OLDVS算法,指出存在不足的原因。为提高节能效果,提出多种改进思路,同时设计并实现了用于验证节能调度算法的模拟器,并在此基础上提出了节能调度技术仿真实验设计结构。 再次,针对OLDVS算法不适应任务执行的动态变化的不足,提出一种基于辅助队列的硬实时混合任务节能调度算法(OLDVS-AQ)。该算法能够更有效地利用动态松弛时间进一步降低能耗。不仅证明了该算法的可调度性,仿真结果还表明,OLDVS-AQ算法相比OLDVS算法平均提高约10%的节能效果。同时随着非周期负载因子的增大,节能效果会更好。 最后,针对OLDVS算法当周期任务的计算量占较大比值时节能效果很差这一不足,提出一种基于简单反馈的硬实时混合任务节能调度算法(OLDVS-SF)。该算法通过减少执行周期任务的能耗进一步降低系统能耗。不仅证明了该算法的可调度性,仿真结果还显示OLDVS-SF算法始终优于OLDVS算法,当周期任务的计算量占较大比值时,最大可提高10%以上、平均提高约5%的节能效果。 【关键词】：实时系统 节能调度 离线算法 混合实时任务 动态电压调节 转变开销
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP316.2
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 背景11-17
• 1.1.1 实时系统的能耗问题11-12
• 1.1.2 节能设计技术12-14
• 1.1.3 实时系统的特点14-15
• 1.1.4 实时调度15-17
• 1.2 实时系统的节能调度技术17-20
• 1.2.1 动态电压调节(Dynamic Voltage Scaling，DVS)技术简介18-19
• 1.2.2 节能调度与传统实时调度的区别19
• 1.2.3 节能调度技术的研究方向19-20
• 1.3 相关研究20-23
• 1.3.1 单任务节能调度20-21
• 1.3.2 多任务节能调度21-22
• 1.3.3 混合任务节能调度22-23
• 1.4 本文的研究内容与主要贡献23-24
• 1.5 论文结构24-26
• 第二章 硬实时多任务离线节能调度技术研究26-35
• 2.1 引言26-27
• 2.2 理想DVS处理器的离线节能调度技术27-29
• 2.2.1 实时任务和系统模型27-28
• 2.2.2 理想情况最优离线节能调度算法28-29
• 2.3 实际DVS处理器的离线节能调度技术29-34
• 2.3.1 离散电压/频率调节29-30
• 2.3.2 转变时间和能量开销30-33
• 2.3.3 统一的优化技术33-34
• 2.4 小结34-35
• 第三章 硬实时混合任务节能调度技术研究35-43
• 3.1 引言35-36
• 3.2 支持混合任务在线节能调度的OLDVS算法36-40
• 3.2.1 系统模型36
• 3.2.2 基本概念36-37
• 3.2.3 OLDVS算法分析37-40
• 3.2.4 OLDVS算法改进40
• 3.3 节能调度技术仿真实验设计40-42
• 3.3.1 系统仿真模型41-42
• 3.3.2 多任务节能调度模块42
• 3.4 小结42-43
• 第四章 基于辅助队列的硬实时混合任务节能调度算法43-52
• 4.1 辅助队列43-44
• 4.2 算法描述44-47
• 4.3 算法举例47-48
• 4.4 仿真实验48-51
• 4.5 小结51-52
• 第五章 基于简单反馈的硬实时混合任务节能调度算法52-63
• 5.1 反馈节能调度52-55
• 5.1.1 动态松弛时间回收53
• 5.1.2 任务划分53-54
• 5.1.3 简单反馈54-55
• 5.2 算法描述55-58
• 5.3 算法举例58-60
• 5.4 仿真实验60-62
• 5.5 小结62-63
• 第六章 结束语63-65
• 6.1 工作总结63-64
• 6.2 未来工作与展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士期间发表的学术论文70-71
• 攻读硕士期间参加的科研工作71

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