專利名稱：：實時嵌入式系統(tǒng)edf低功耗調(diào)度的msr方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及基于嵌入式系統(tǒng)軟件節(jié)能技術(shù)，特別是涉及一種實時嵌入式系統(tǒng)EDF低功耗調(diào)度的MSR方法。技術(shù)背景在便攜式嵌入式設(shè)備電源管理領(lǐng)域，目前的困難在于既要滿足便攜式終端對電源供電的要求，又要做到占用空間小、重量輕和供電時間更長。下一代消費類電子產(chǎn)品的電源解決方案重點應(yīng)該集中在硬件和軟件兩方面技術(shù)，包括(1)在小巧外形尺寸下，如何實現(xiàn)所需電源性能的工藝和技術(shù)，涉及熱管理、降噪、電池管理和功能整合等技術(shù)；(2)動態(tài)功率管理技術(shù)，它取決于CPU性能、軟件、中間件以及用戶對更換電池的時間間隔等要求；(3)動態(tài)功率管理技術(shù)對操作系統(tǒng)內(nèi)核和驅(qū)動器，以及應(yīng)用編程接口(API)對驅(qū)動器、中間件和應(yīng)用本身的影響?，F(xiàn)在嵌入式設(shè)備的功能變得越來越強大，功能也越來越豐富。隨著嵌入式設(shè)備功能越來越多，用戶對嵌入式設(shè)備電池的能量需求也越來越高，現(xiàn)有的鋰離子電池已經(jīng)越來越難以滿足消費者對正常使用時間的要求。對此，業(yè)界主要采取兩種方法，一是開發(fā)具備更高能量密度的新型電池技術(shù)，如燃料電池，在可以預(yù)見的5年內(nèi)，電池技術(shù)不可能有很大的突破；二是在電池的能量轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能方面下功夫。在目前新的高能電池技術(shù)(如燃料電池)仍不成熟的情況下，下一代手持設(shè)備的電源管理只能從提高電源利用率和降低功耗這二個方面著手。如何延長電池的使用壽命，以及盡量減少電池能量的消耗已經(jīng)成為嵌入式領(lǐng)域的一個研究熱點?，F(xiàn)在主要集中在硬件設(shè)計和軟件優(yōu)化兩方面。其中軟件優(yōu)化方面現(xiàn)在主要包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩方面。系統(tǒng)軟件主要集中在編譯器和操作系統(tǒng)內(nèi)核兩塊。在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，現(xiàn)在主要的電源管理方法是利用操作系統(tǒng)內(nèi)核，動態(tài)的調(diào)整系統(tǒng)處理器和總線的頻率，降低系統(tǒng)的整體能耗。而且系統(tǒng)可以通過動態(tài)頻率指令改變系統(tǒng)狀態(tài)，是系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能的目的。在編譯器方面，現(xiàn)在主要通過編譯器在編譯應(yīng)用程序階段，對代碼進(jìn)行優(yōu)化，使代碼盡量的緊湊以及訪問設(shè)備盡量集中，以達(dá)到節(jié)能的目的。上面的方法中，實現(xiàn)起來都需要比較繁瑣的過程，而且沒有考慮實時性，在現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用存在一定的限制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種實時嵌入式系統(tǒng)EDF低功耗調(diào)度的MSR方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案的步驟如下1)EDF實時調(diào)度任務(wù)模型EDF實時調(diào)度任務(wù)模型采用最早截止期最先調(diào)度的方法對任務(wù)調(diào)度；在EDF實時調(diào)度模型中，每個任務(wù)7;.需要采用三個參數(shù)表示任務(wù)到達(dá)時間、任務(wù)最壞執(zhí)行時間G、任務(wù)完成的最終期限A，其中/為任務(wù)的編號；在本EDF實時調(diào)度模型中規(guī)定任務(wù)集{7^，...7>}是在調(diào)度之前已經(jīng)確定的，即任務(wù)數(shù)W是確定的、任務(wù)集中所有任務(wù)到達(dá)時間均為0;任務(wù)集中任務(wù)最壞執(zhí)行時間C的單位為時鐘數(shù)cycles;任務(wù)集中每個任務(wù)完成的最終期限D(zhuǎn)的單位為毫秒ms;根據(jù)EDF實時模型的調(diào)度方法，任務(wù)集將按照每個任務(wù)的最終期限D(zhuǎn)排列；即當(dāng)任務(wù)的編號/小于任務(wù)編號_/時任務(wù)T)的最終期限A小于任務(wù)T)的最終期限馬；2)任務(wù)模型擴(kuò)展本發(fā)明在EDF實時調(diào)度任務(wù)模型的基礎(chǔ)上為每個任務(wù)7;添加了兩個參數(shù)處理器利用率",、處理器最大頻率需求力；其中/被初始化為處理器支持的最大3)任務(wù)r,處理器利用率^計算任務(wù)集中每個任務(wù)r,處理器利用率",通過一個離線的遍歷過程完成，每個任務(wù)r,處理器利用率",的計算公式如下vc"力其中!'為任務(wù)在任務(wù)集中的編號，",為任務(wù)7;處理器利用率，q為任務(wù)7)最壞執(zhí)行時間，單位為時鐘數(shù)，力為任務(wù)T)處理器最大頻率需求，馬為任務(wù)7}任務(wù)完成的最終期限，a為時間逝去參數(shù)，初始化為O;4)時間逝去參數(shù)CJ更新時間參數(shù)a用來控制處理器剩余計算能力，初始值為0;當(dāng)任務(wù)集中每個任務(wù)的處理器利用率通過第一遍遍歷計算完成后，從任務(wù)集中，挑選出處理器利用率最大的任務(wù)；，把任務(wù)7^的任務(wù)完成最終期限Z^賦值給C5，坐位下次遍歷中計算處理器利用率的新時間逝去參數(shù)；5)任務(wù)7^處理器最大頻率需求/計算任務(wù)7)的處理器最大頻率需求乂通過處理器最大頻率需求計算方法MSR方法計算，如下公式所示其中z'為任務(wù)在任務(wù)集中的編號，厶M是處理器支持的最大頻率，w為任務(wù)7;處理器利用率；6)處理器利用率離線遍歷過程的循環(huán)控制任務(wù)集中每個任務(wù)r,處理器利用率w通過一個離線的遍歷過程完成，這個遍歷過程不是一次遍歷，而是通過多次多遍的遍歷完成的；每次遍歷的任務(wù)數(shù)是不一樣的；本發(fā)明通過一個循環(huán)控制參數(shù)《來控制每次遍歷的任務(wù)數(shù)和任務(wù)范圍，《在第一次遍歷之前被初始化為1;在每一遍遍歷計算完成后，從任務(wù)集中，挑選出處理器利用率最大的任務(wù)7>把任務(wù)7>的任務(wù)編號p賦值給《作為新的循環(huán)控制參數(shù)；每次遍歷過程中，通過更新的循環(huán)控制參數(shù)和時間逝去參數(shù)C7來計算每個任務(wù)新的處理器利用率和處理器最大頻率需求；7)處理器動態(tài)頻率設(shè)置當(dāng)任務(wù)r,.被EDF調(diào)度方法調(diào)度到處理器上執(zhí)行時，調(diào)度方法根據(jù)7}的處理器最大頻率需求力動態(tài)設(shè)置處理器的運行時頻率，達(dá)到節(jié)能的目的。本發(fā)明與
背景技術(shù)：
相比，具有的有益的效果是-本發(fā)明將操作系統(tǒng)的實時性和低功耗調(diào)度工作相結(jié)合，利用現(xiàn)有EDF調(diào)度方法的實時性來保證任務(wù)的實時性要求。本發(fā)明通過將低功耗調(diào)度方法融入到實時的任務(wù)調(diào)度中，在保證實時性的同時，達(dá)到低功耗的目的，延長系統(tǒng)電池的使用時間。(1)實時性。應(yīng)用程序在系統(tǒng)中運行時，利用EDF調(diào)度方法來保證實時性。(2)穩(wěn)定性。操作系統(tǒng)將動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)的權(quán)利掌握在自己手中，而不是下放給應(yīng)用程序，這樣系統(tǒng)就能在兼顧全局的情況下動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。(3)時間損耗小。利用離線計算的方式，確定每個任務(wù)的處理器最大頻率需求，不需要在調(diào)度的過程中計算，只需在調(diào)度的過程中設(shè)置處理器頻率即可。附圖是整個系統(tǒng)離線計算和調(diào)度工作的流程圖；具體實施方式在實施實時嵌入式系統(tǒng)EDF低功耗調(diào)度的MSR方法時，操作系統(tǒng)在調(diào)度過程中，考慮了實時和節(jié)能兩個約束。1)EDF實時調(diào)度任務(wù)模型EDF實時調(diào)度任務(wù)模型采用最早截止期最先調(diào)度的方法對任務(wù)調(diào)度；在EDF實時調(diào)度模型中，每個任務(wù)r,需要采用三個參數(shù)表示任務(wù)到達(dá)時間、任務(wù)最壞執(zhí)行時間g、任務(wù)完成的最終期限a，其中/為任務(wù)的編號；在本EDF實時調(diào)度模型中規(guī)定任務(wù)集{71/，...7^}是在調(diào)度之前己經(jīng)確定的，即任務(wù)數(shù)W是確定的、任務(wù)集中所有任務(wù)到達(dá)時間均為0;任務(wù)集中任務(wù)最壞執(zhí)行時間C的單位為時鐘數(shù)cycles;任務(wù)集中每個任務(wù)完成的最終期限D(zhuǎn)的單位為毫秒ms;根據(jù)EDF實時模型的調(diào)度方法，任務(wù)集將按照每個任務(wù)的最終期限D(zhuǎn)排列；即當(dāng)任務(wù)的編號/小于任務(wù)編號y'時任務(wù)r,的最終期限A小于任務(wù)7)的最終期限""假設(shè)現(xiàn)在有一個任務(wù)集他有5個任務(wù)即iV等于5，他們的最終期限分別為4ms、8ms、9ms、14ms、20ms，最壞執(zhí)行時間分別為lx106、3xl06、2xl06、lx106、3><106個時鐘周期，那么任務(wù)集可以表示為{7}，...7^}。^到7^按照最壞執(zhí)行時間從小到大排列，即r;的最壞執(zhí)行時間最短，7}的最壞執(zhí)行時間最長。其中k有兩個參數(shù)G和Z^，C尸7x706，A脂，K有兩個參數(shù)G和A，C一x/06，2)任務(wù)模型擴(kuò)展本發(fā)明在EDF實時調(diào)度任務(wù)模型的基礎(chǔ)上為每個任務(wù)7}添加了兩個參數(shù)處理器利用率W、處理器最大頻率需求/;其中/被初始化為處理器支持的最大以上例中任務(wù)K為例，在原有的兩個參數(shù)0和05的基礎(chǔ)上，添加了兩個新的參數(shù)分別為"5和/5。3)任務(wù)7)處理器利用率",.計算任務(wù)集中每個任務(wù)r,.的處理器利用率^通過一個離線的遍歷過程完成，每個任務(wù)71處理器利用率&的計算公式如下其中z'為任務(wù)在任務(wù)集中的編號，w,為任務(wù)r,.處理器利用率，q為任務(wù)7)最壞執(zhí)行時間，單位為時鐘數(shù)，》為任務(wù)2}處理器最大頻率需求，馬為任務(wù)T)任務(wù)完成的最終期限，C7為時間逝去參數(shù)，初始化為0;4)時間逝去參數(shù)a更新時間參數(shù)o用來控制處理器剩余計算能力，初始值為O;當(dāng)任務(wù)集中每個任務(wù)的處理器利用率通過第一遍遍歷計算完成后，從任務(wù)集中，挑選出處理器利用率最大的任務(wù)7>把任務(wù)7;的任務(wù)完成最終期限Z^賦值給cj，坐位下次遍歷中計算處理器利用率的新時間逝去參數(shù)；5)任務(wù)7)處理器最大頻率需求y計算任務(wù)7}的處理器最大頻率需求力通過處理器最大頻率需求計算方法MSR方法計算，如下公式所示其中/為任務(wù)在任務(wù)集中的編號，厶^是處理器支持的最大頻率，W,為任務(wù)7)處理器利用率；6)處理器利用率離線遍歷過程的循環(huán)控制任務(wù)集中每個任務(wù)7;處理器利用率^通過一個離線的遍歷過程完成，這個遍歷過程不是一次遍歷，而是通過多次多遍的遍歷完成的；每次遍歷的任務(wù)數(shù)是不一樣的；本發(fā)明通過一個循環(huán)控制參數(shù)《來控制每次遍歷的任務(wù)數(shù)和任務(wù)范圍，《在第一次遍歷之前被初始化為1;在每一遍遍歷計算完成后，從任務(wù)集中，挑選出處理器利用率最大的任務(wù)7>把任務(wù)Tp的任務(wù)編號賦值給《作為新的循環(huán)控制參數(shù)；每次遍歷過程中，通過更新的循環(huán)控制參數(shù)和時間逝去參數(shù)CJ來計算每個任務(wù)新的處理器利用率和處理器最大頻率需求；7)處理器動態(tài)頻率設(shè)置當(dāng)任務(wù)r,被EDF調(diào)度方法調(diào)度到處理器上執(zhí)行時，調(diào)度方法根據(jù)任務(wù)7)的處理器最大頻率需求力動態(tài)設(shè)置處理器的運行時頻率，達(dá)到節(jié)能的目的。動態(tài)調(diào)頻調(diào)壓DVS技術(shù)是動態(tài)調(diào)整處理器執(zhí)行時的處理器頻率和內(nèi)核電壓的技術(shù)，通過DVS技術(shù)的使用可降低處理器的功耗。DVS可以通過軟件來進(jìn)行控制?，F(xiàn)在有一個任務(wù)集他有5個任務(wù)即W等于5，他們的最終期限分別為4ms、8ms、9ms、14ms、20ms，最壞執(zhí)行時間分別為lx106、3xl06、2xl06、lx106、3xl()e個時鐘周期，那么任務(wù)集根據(jù)EDF調(diào)度方法的原理根據(jù)最壞執(zhí)行時間從小到大進(jìn)行排序表示為{7^，...7>}如下表中任務(wù)集屬性單元所示。假設(shè)這個任務(wù)集運行在最大頻率為1G的可調(diào)頻處理器上。第一遍離線遍歷時，時間逝去參數(shù)o為O，此時可根據(jù)處理器利用率計算公式，計算每個任務(wù)的處理器利用率，可得到如小表第一次離線遍歷單元格所示內(nèi)容。從中可以發(fā)現(xiàn)處理器利用率最大的任務(wù)為3號任務(wù)，將3號任務(wù)r3的最終期限D(zhuǎn)3賦值給CJ，即新的(7=9。同時將調(diào)整離線遍歷過程的循環(huán)控制參數(shù)？等于處理器利用率最大的任務(wù)編號，即<=3。然后根據(jù)處理器利用率計算任務(wù)集中在編號3之前的所有任務(wù)的處理器最大頻率需求。這樣一次離線遍歷完成。根據(jù)循環(huán)控制參數(shù)判斷任務(wù)集中的剩余任務(wù)數(shù)，如果還有任務(wù)則進(jìn)行第二次遍歷，第二次遍歷重新計算剩余任務(wù)的處理器利用率，得到如小表第二次離線遍歷單元格所示內(nèi)容。然后重復(fù)處理器利用率以及任務(wù)最大頻率需求的計算方法進(jìn)行相應(yīng)的計算。第二次離線遍歷后任務(wù)最大頻率需求如小表任務(wù)最大頻率需求單元格所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種實時嵌入式系統(tǒng)EDF低功耗調(diào)度的MSR方法，其特征在于1)EDF實時調(diào)度任務(wù)模型EDF實時調(diào)度任務(wù)模型采用最早截止期最先調(diào)度的方法對任務(wù)調(diào)度；在EDF實時調(diào)度模型中，每個任務(wù)Ti需要采用三個參數(shù)表示任務(wù)到達(dá)時間、任務(wù)最壞執(zhí)行時間Ci、任務(wù)完成的最終期限D(zhuǎn)i，其中i為任務(wù)的編號；在本EDF實時調(diào)度模型中規(guī)定任務(wù)集{T1，...TN}是在調(diào)度之前已經(jīng)確定的，即任務(wù)數(shù)N是確定的、任務(wù)集中所有任務(wù)到達(dá)時間均為0；任務(wù)集中任務(wù)最壞執(zhí)行時間C的單位為時鐘數(shù)cycles；任務(wù)集中每個任務(wù)完成的最終期限D(zhuǎn)的單位為毫秒ms；根據(jù)EDF實時模型的調(diào)度方法，任務(wù)集將按照每個任務(wù)的最終期限D(zhuǎn)排列；即當(dāng)任務(wù)的編號i小于任務(wù)編號j時任務(wù)Ti的最終期限D(zhuǎn)i小于任務(wù)Ti的最終期限D(zhuǎn)i；2)任務(wù)模型擴(kuò)展本發(fā)明在EDF實時調(diào)度任務(wù)模型的基礎(chǔ)上為每個任務(wù)Ti添加了兩個參數(shù)處理器利用率ui、處理器最大頻率需求fi；其中fi被初始化為處理器支持的最大頻率fmax；3)任務(wù)Ti處理器利用率ui計算任務(wù)集中每個任務(wù)Ti處理器利用率ui通過一個離線的遍歷過程完成，每個任務(wù)Ti處理器利用率ui的計算公式如下全文摘要本發(fā)明公開了一種實時嵌入式系統(tǒng)EDF低功耗調(diào)度的MSR方法。提供了一種新的方法和技術(shù)用來解決并實時嵌入式系統(tǒng)中EDF低功耗調(diào)度的問題。該發(fā)明基于一個EDF的任務(wù)模型，采用EDF調(diào)度方法確保調(diào)度的實時性。本發(fā)明通過采用離線最高需求頻率確定方法確定任務(wù)在保證實時性的情況下，運行需要的最高處理器頻率。然后在運行的過程中利用實時動態(tài)調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)，調(diào)整處理器電壓頻率，達(dá)到低功耗調(diào)度的目的。文檔編號G06F1/32GK101226421SQ20081005918公開日2008年7月23日申請日期2008年1月16日優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日發(fā)明者施青松,童亮亮,陳天洲,項凌祥,黃江偉申請人:浙江大學(xué)