一種基于概率的嵌入式系統(tǒng)中能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于概率的嵌入式系統(tǒng)中能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法，應(yīng)用于嵌入式異構(gòu)多處理器系統(tǒng)。本方法先通過ASAP或ALAP算法初始化產(chǎn)生滿足數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的CPU分配方案，再用動態(tài)規(guī)劃方法為每個任務(wù)在分配到的CPU上指定執(zhí)行時的電壓，并從中選取能耗最小的分配方案；本方法還基于當(dāng)前最優(yōu)分配方案產(chǎn)生擾動，生成一組新的滿足任務(wù)依賴關(guān)系的CPU分配方案，然后對每個CPU分配方案采用動態(tài)規(guī)劃方法分配電壓，選取最終能耗最小的CPU與電壓分配方案。本發(fā)明能夠提供更為有效、更為節(jié)省能耗的調(diào)度方案，可以指定的概率滿足實時系統(tǒng)的時間限制；不僅適用于軟實時系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度，同時也適用于硬實時系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度。
【專利說明】一種基于概率的嵌入式系統(tǒng)中能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于嵌入式領(lǐng)域，具體涉及ー種基于概率的嵌入式異構(gòu)多處理器系統(tǒng)中使能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在以電池作為主要能量來源的嵌入式系統(tǒng)中，在保證系統(tǒng)性能的同時盡量節(jié)省能耗對于延長嵌入式系統(tǒng)的使用壽命具有非常重要的意義。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)被認(rèn)為是低功耗設(shè)計中比較有效的ー項技木，DVS技術(shù)主要基于這樣ー個事實，即處理器的能量消耗與工作電壓的平方成正比關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)的性能需求來實時調(diào)節(jié)處理器工作電壓，能夠很好地解決嵌入式實時系統(tǒng)中的性能與功耗要求。
[0003]在嵌入式系統(tǒng)中，任務(wù)的執(zhí)行時間往往受到不確定環(huán)境因素(如文件傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)帶寬的波動可能會導(dǎo)致任務(wù)執(zhí)行總時間的變化等)及條件執(zhí)行指令等的影響。因此，任務(wù)執(zhí)行所需要的時間通常會發(fā)生變化。通過采用概率技術(shù)，可以將任務(wù)執(zhí)行所需要的時間看作符合一定的概率分布。通常情況下，任務(wù)執(zhí)行時間的概率分布可以采用統(tǒng)計的方法得出。
[0004]DVS技術(shù)以及基于概率的調(diào)度方法的研究近年來也受到了越來越多的專家和學(xué)者的重視。Liu Hui等人提出了ー種在具有多個非連續(xù)電壓等級的多核處理器上調(diào)度周期性的任務(wù)的方法，這種方法首先使用retiming (重定時)技術(shù)將具有依賴關(guān)系的周期性任務(wù)轉(zhuǎn)化為獨立的周期性任務(wù)。對于單核處理器，該方法使用動態(tài)規(guī)劃能在偽多項式時間復(fù)雜度內(nèi)得到最優(yōu)的調(diào)度方案；對于多核處理器，該方法通過反復(fù)調(diào)整任務(wù)的處理器及電壓分配來獲取合適的調(diào)度方案。為了使在給定時間限制下任務(wù)執(zhí)行總能耗最小，Jason Cong等人提出了ー種考慮任務(wù)平均執(zhí)行時間的靜態(tài)調(diào)度算法。由于在嵌入式系統(tǒng)中，任務(wù)執(zhí)行所消耗的時間通常受到用戶輸入等多種因素的影響，采用考慮任務(wù)最壞執(zhí)行時間或平均執(zhí)行時間的靜態(tài)調(diào)度算法通常不能獲得合適的調(diào)度方案。
[0005]為了獲得以一定的概率要求下滿足實時系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行總時間的限制，同時使得系統(tǒng)總的能耗盡可能小的調(diào)度方案，Qiu Meikang等學(xué)者對單處理器和多處理器系統(tǒng)分別提出了一種最優(yōu)調(diào)度方案。這兩種調(diào)度方案都是基于處理器調(diào)度方案已知這一前提，使用動態(tài)規(guī)劃算法確定任務(wù)在所分配到的CPU上執(zhí)行時的電壓來獲取最優(yōu)的電壓分配方案，從而獲取最優(yōu)的處理器調(diào)度與電壓分配方案。然而，在實際情況中，任務(wù)的處理器調(diào)度方案往往是未知的，因此這種調(diào)度策略在實際情況中并不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對的是以電池作為主要能量來源的嵌入式異構(gòu)多處理器系統(tǒng)中的系統(tǒng)性能與能耗的平衡問題，采用概率的思想，提出了ー種以一定的概率要求下滿足實時系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行總時間的限制，同時使得系統(tǒng)總的能耗盡可能小的調(diào)度方法，具體是ー種基于概率的嵌入式系統(tǒng)中能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法。[0007]本發(fā)明提供的一種基于概率的嵌入式系統(tǒng)中能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法，具體包括以下幾個步驟:
[0008]步驟1:根據(jù)任務(wù)執(zhí)行時間的概率分布，計算出累積概率分布函數(shù)F(t):
【權(quán)利要求】
1.一種基于概率的嵌入式系統(tǒng)中能耗最小化的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)任務(wù)執(zhí)行時間的概率分布，計算出累積概率分布函數(shù)F(t):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，所述的步驟3中，在某個CPU與電壓分配方案A下，執(zhí)行完成所有任務(wù)所需要的總時間Ta(G)、總能量消耗Ca(G)和相應(yīng)的概率Pa (G)分別為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟4中所述的最大擾動次數(shù)設(shè)定為5。
【文檔編號】G06F1/32GK103455131SQ201310364317
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】牛建偉, 劉闖, 黃沙駱 申請人:北京航空航天大學(xué)