本發(fā)明屬于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

嵌入式移動(dòng)終端己經(jīng)逐漸融入人們生活，大多數(shù)嵌入式設(shè)備通常以固定電量的鋰電池等作為電源供電而非直流供電，而其應(yīng)用背景也限制了嵌入式設(shè)備隨時(shí)充電的可能性。低能耗已然成為決定嵌入式系統(tǒng)價(jià)值的重要性能指標(biāo)。完成相同任務(wù)能耗更少，則可以極大延長(zhǎng)嵌入式移動(dòng)設(shè)備的單次充電使用時(shí)間，對(duì)提高用戶體驗(yàn)和發(fā)揮嵌入式設(shè)備實(shí)際使用價(jià)值都具有極其重要的作用。

嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的應(yīng)用任務(wù)需要滿足執(zhí)行時(shí)間限制，必須在預(yù)先給定的截止期之前完成，如何有效平衡實(shí)時(shí)性調(diào)度及節(jié)能調(diào)度之間的關(guān)系是嵌入式實(shí)時(shí)計(jì)算領(lǐng)域的研究重點(diǎn)?，F(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)的節(jié)能管理有ERHS(Energy-saving Rate Hharmonized Schedulers)和DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)兩種典型技術(shù)。

ERHS是在速率單調(diào)調(diào)度的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)按截止時(shí)間來分配，截止時(shí)間短的任務(wù)優(yōu)先級(jí)高，截至?xí)r間長(zhǎng)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)低；缺陷在于僅以任務(wù)的周期來決定優(yōu)先級(jí)容易導(dǎo)致某些周期較小但非常重要的任務(wù)錯(cuò)過截止期而無法調(diào)度的問題。

DVFS是通過調(diào)節(jié)處理器的執(zhí)行頻率來降低處理器的動(dòng)態(tài)能耗，處理器的執(zhí)行頻率隨著作用在處理器上的片載電壓變化而變化，而處理器的速度越慢，處理器的動(dòng)態(tài)能耗越少；利用DVFS技術(shù)能夠調(diào)整處理器頻率進(jìn)行節(jié)能，但降低處理器速率的弊端是造成實(shí)時(shí)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的增加，從而導(dǎo)致靜態(tài)能耗增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法，其目的在于降低嵌入式實(shí)時(shí)處理器的靜態(tài)能耗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法，包括如下步驟：

(1)對(duì)待調(diào)度的任務(wù)集進(jìn)行修訂，以縮短任務(wù)集中所有任務(wù)的周期與任務(wù)的工作量；

(2)根據(jù)任務(wù)運(yùn)行周期及任務(wù)集的利用率，對(duì)修訂后的每個(gè)任務(wù)設(shè)置執(zhí)行閾值；所述執(zhí)行閾值的小于任務(wù)實(shí)例周期的1/3；

(3)根據(jù)所述執(zhí)行閾值進(jìn)行任務(wù)調(diào)度：當(dāng)任務(wù)的周期區(qū)間與垛區(qū)間(Crenel-Interval，CI)的重疊區(qū)域的長(zhǎng)度大于任務(wù)的執(zhí)行閾值，則調(diào)度該任務(wù)使之在當(dāng)前的垛區(qū)間中完成；否則，將該任務(wù)調(diào)度到下一個(gè)垛區(qū)間中執(zhí)行；

其中，CI是通過對(duì)調(diào)度序列進(jìn)行區(qū)間劃分而形成的形狀類似垛的劃分區(qū)間，CI的兩端為Crenel-Point(CP)；對(duì)于單個(gè)CI，任務(wù)被調(diào)度到CI的兩端執(zhí)行，從而使得CI的中間區(qū)域具有較長(zhǎng)的空閑時(shí)間片段用于處理器狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

優(yōu)選地，上述基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法，其步驟(3)包括如下子步驟：

(3.1)獲取任務(wù)的最壞完成時(shí)刻t_j；

(3.2)比較任務(wù)的預(yù)估完成時(shí)間與最壞完成時(shí)間，當(dāng)預(yù)估完成時(shí)間大于最壞完成時(shí)間，則進(jìn)入步驟(3.3)；

當(dāng)預(yù)估完成時(shí)間等于最壞完成時(shí)間，則進(jìn)入步驟(3.4)；

當(dāng)預(yù)估完成時(shí)間小于最壞完成時(shí)間，則進(jìn)入步驟(3.5)；

(3.3)根據(jù)任務(wù)執(zhí)行所需的時(shí)間判斷任務(wù)是否可延期處理，若是，則進(jìn)入步驟(3.4)；若否，則進(jìn)入步驟(3.6)；

(3.4)將任務(wù)加入到延時(shí)任務(wù)集，并進(jìn)入步驟(3.7)；

(3.5)判斷預(yù)估剩余時(shí)間是否大于所述執(zhí)行閾值，若是，則進(jìn)入步驟(3.4)；若否，則進(jìn)入步驟(3.6)；

(3.6)增加可執(zhí)行任務(wù)總和，并進(jìn)入步驟(3.7)；

(3.7)獲取任務(wù)的起始時(shí)間點(diǎn)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠獲得以下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法，通過執(zhí)行閾值進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，部分任務(wù)實(shí)例被推遲執(zhí)行，將系統(tǒng)中小的空閑時(shí)間片段合并，從而確保每個(gè)CI中最多只有一個(gè)連續(xù)的空閑時(shí)間片段；通過增加空閑時(shí)間片段的平均長(zhǎng)度，以獲得足夠長(zhǎng)的空閑時(shí)間用于完成嵌入式處理器的休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)保證嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度滿足周期性及截止期的約束，從而有效降低處理器的工作負(fù)載以達(dá)到節(jié)能目的；

(2)本發(fā)明提供的基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法，對(duì)調(diào)度序列進(jìn)行區(qū)間劃分，并在劃分后的區(qū)間中調(diào)度任務(wù)集，可以簡(jiǎn)化調(diào)度的復(fù)雜性；而另一方面，其調(diào)度序列劃分的CI個(gè)數(shù)越少，整個(gè)調(diào)度過程中的空閑時(shí)間片段的長(zhǎng)度越長(zhǎng)；當(dāng)系統(tǒng)中的空閑時(shí)間片段平均長(zhǎng)度越長(zhǎng)，系統(tǒng)中能夠用于節(jié)能的空閑時(shí)間片段越多，其節(jié)能效果也越好；

相比較而言，現(xiàn)有技術(shù)的DVFS方法，雖然能夠降低動(dòng)態(tài)能耗，但是處理器的靜態(tài)功耗卻在增加；而本發(fā)明通過將更多的空閑時(shí)間片段集中，形成大的空閑時(shí)間段以用于將處理器轉(zhuǎn)換為低能耗狀態(tài)，而低能耗狀態(tài)下的靜態(tài)功耗也會(huì)降低，由此起到節(jié)能的效果；

現(xiàn)有技術(shù)的ERHS方法，最小周期長(zhǎng)度越小的任務(wù)被調(diào)度的可能性越??；隨著任務(wù)集的利用率的增大，ERHS的可調(diào)度驗(yàn)證條件越不容易滿足；而本發(fā)明提供的這種調(diào)度方法則沒有這些限制，所有的任務(wù)集都可以被調(diào)度，可適用更多的周期性任務(wù)集。

附圖說明

圖1為實(shí)施例提供的基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法的流程示意圖；

圖2實(shí)施例中的任務(wù)分配步驟的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例中提供的基于區(qū)域劃分的嵌入式節(jié)能調(diào)度方法的流程如圖1所示意的，包括如下步驟：

(1)對(duì)待調(diào)度的任務(wù)集進(jìn)行修訂，以縮短任務(wù)集中所有任務(wù)的周期與任務(wù)的工作量；

(2)根據(jù)任務(wù)運(yùn)行周期及任務(wù)集的利用率，對(duì)修訂后的每個(gè)任務(wù)設(shè)置執(zhí)行閾值；該執(zhí)行閾值小于任務(wù)實(shí)例周期的1/3；

(3)根據(jù)所述執(zhí)行閾值進(jìn)行任務(wù)調(diào)度：當(dāng)任務(wù)的周期區(qū)間與CI的重疊區(qū)域的長(zhǎng)度大于任務(wù)的執(zhí)行閾值，則調(diào)度該任務(wù)使之在當(dāng)前的垛區(qū)間中完成；否則，將該任務(wù)調(diào)度到下一個(gè)垛區(qū)間中執(zhí)行。

通過對(duì)任務(wù)集τ'＝{τ'₁,...τ'_n}進(jìn)行修訂，將其轉(zhuǎn)換為τ＝{τ₁,...τ_n}；將該任務(wù)集中較長(zhǎng)的任務(wù)轉(zhuǎn)換為較短的任務(wù)(將任務(wù)的周期和任務(wù)的工作量同時(shí)縮短相應(yīng)的倍數(shù))，從而保證整個(gè)任務(wù)集的最終利用率保持不變；

轉(zhuǎn)換后的任務(wù)集中，任務(wù)的周期截止時(shí)間任務(wù)的利用率

轉(zhuǎn)換獲得的任務(wù)集中的任務(wù)的周期都滿足條件：T₁≤T_i≤2T₁(1≤i≤n)；

其中，C'_i是指任務(wù)集τ'的最壞執(zhí)行時(shí)間；T'_i是任務(wù)集τ'的周期；T₁是指任務(wù)實(shí)例τ₁的周期，是周期轉(zhuǎn)換的倍數(shù)，i是指任務(wù)的編號(hào)，n是指任務(wù)集的任務(wù)實(shí)例的數(shù)量；

根據(jù)執(zhí)行閾值進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，計(jì)算任務(wù)τ中所有可選任務(wù)開始執(zhí)行的時(shí)刻點(diǎn)，其流程如圖2所示，具體如下

(1)計(jì)算任務(wù)的預(yù)估的最壞執(zhí)行時(shí)間t_j；

(2)判斷每個(gè)任務(wù)是否能在區(qū)間CI_j中執(zhí)行，具體如下：

(a)如果任務(wù)τ_i的預(yù)估執(zhí)行時(shí)間小于其最壞執(zhí)行時(shí)間t_j；則進(jìn)一步比較預(yù)估執(zhí)行時(shí)間與執(zhí)行閾值UT_i的大??；若預(yù)估執(zhí)行時(shí)間大，則判定任務(wù)實(shí)例τ_i為擬推遲執(zhí)行的實(shí)例，否則，判定實(shí)例τ_i為強(qiáng)制任務(wù)，應(yīng)在當(dāng)前垛區(qū)間CI_j中執(zhí)行；記錄可執(zhí)行任務(wù)需要執(zhí)行的總時(shí)間；

(b)如果任務(wù)τ_i的預(yù)估執(zhí)行時(shí)間等于其最壞執(zhí)行時(shí)間t_j；則判定該任務(wù)τ_i為可延遲執(zhí)行的任務(wù)；

(c)如果任務(wù)τ_i的預(yù)估執(zhí)行時(shí)間大于其最壞執(zhí)行時(shí)間t_j，則進(jìn)一步判斷該任務(wù)是否為可延遲任務(wù)；若該任務(wù)實(shí)例不可延遲，則必須在CI_j中執(zhí)行；若任務(wù)為可延遲任務(wù)，則將該實(shí)例延遲到下個(gè)垛區(qū)間CI_j+1中執(zhí)行；

獲取所有可選任務(wù)開始執(zhí)行的時(shí)刻點(diǎn)δ＝t_j-SumOptional；其中，SumOptional是指在對(duì)區(qū)間CI_j屮需要執(zhí)行的所有可選任務(wù)的工作量的總和。

實(shí)施例中，采用形如(C_i，D_i，T_i)的三元組來量化描述任務(wù)；其中，C_i是指任務(wù)τ_i在最大的處理器頻率下的最壞執(zhí)行時(shí)間，D_i和T_i分別是指任務(wù)的相對(duì)截止期和周期長(zhǎng)度；采用τ_i,j表示任務(wù)集τ_i的第j個(gè)任務(wù)實(shí)例。

對(duì)于任務(wù)集中的可選任務(wù)實(shí)例如果滿足則將調(diào)度在當(dāng)前的垛區(qū)間C_j中執(zhí)行，并且使得該可選任務(wù)實(shí)例在時(shí)間點(diǎn)t_j之前完成；否則，則將可選任務(wù)實(shí)例調(diào)度到下一個(gè)垛區(qū)間C_j+1的起始處執(zhí)行；實(shí)施例中，每個(gè)垛區(qū)間的周期長(zhǎng)度為20ms。

對(duì)于實(shí)施例中的如下周期任務(wù)的任務(wù)集：τ₁＝(1,10,10)，τ₂＝(6,16,16)(單位為ms)；為每個(gè)任務(wù)集τ_i設(shè)置一個(gè)執(zhí)行閩值U*T_i；U為任務(wù)集的利用率；根據(jù)執(zhí)行閾值判斷可選任務(wù)實(shí)例是否延遲執(zhí)行；

具體地，首先計(jì)算獲取整個(gè)任務(wù)集的利用率U＝1/10+6/16＝0.47；

然后判斷任務(wù)實(shí)例是否被推遲，由于任務(wù)實(shí)例τ_2,2在時(shí)刻點(diǎn)16釋放，并且其截止期在t₁時(shí)刻點(diǎn)之后，因此，判定任務(wù)實(shí)例τ_2,2在CI₁中為可選實(shí)例；由于其預(yù)估的執(zhí)行時(shí)間L₁(τ_2,2)＝4＜0.475*16＝7.52，將任務(wù)實(shí)例τ_2,2推遲到下一個(gè)垛區(qū)間CI₂中執(zhí)行；

其中，強(qiáng)制任務(wù)實(shí)例是指必須在指定CI內(nèi)執(zhí)行的任務(wù)，可選任務(wù)實(shí)例是指可被延遲到下一個(gè)CI內(nèi)執(zhí)行的任務(wù)。

在垛區(qū)間CI₂中，任務(wù)實(shí)例τ_2,2為強(qiáng)制實(shí)例，必須在該垛區(qū)間內(nèi)完成；對(duì)于垛區(qū)間CI₂而言，任務(wù)實(shí)例τ_2,3為可選任務(wù)實(shí)例，該任務(wù)的預(yù)估的執(zhí)行時(shí)間L₂(τ_2,3)＝8＞0.47*16＝7.52，任務(wù)τ_2,3必須在垛區(qū)間CI₂中完成。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。