一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，包括：計算硬實時系統(tǒng)中每個使用設(shè)備D

An optimal energy consumption method for hard real-time systems

The invention discloses an energy consumption optimum method for hard real-time systems, comprising calculating each device D in a hard real-time system

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法
本專利技術(shù)涉及嵌入式系統(tǒng)能耗管理
，具體是一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法。
技術(shù)介紹
硬實時嵌入式系統(tǒng)在航空航天、通信、電力、機械制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。硬實時系統(tǒng)對時限有嚴格的要求，一旦任務(wù)錯誤截止期限，會帶來不可預(yù)料的后果，甚至導(dǎo)致嚴重的災(zāi)難。隨著超大規(guī)模集成技術(shù)的快速發(fā)展，處理器的功耗逐漸增大，而采用電池供電的硬實時嵌入式系統(tǒng)，由于電池的體積與容量的限制，導(dǎo)致硬實時嵌入式設(shè)備的待機時間受限，這嚴重影響硬實時嵌入式設(shè)備的使用。因此，能耗問題成為設(shè)計硬實時嵌入式系統(tǒng)的瓶頸。目前絕大多數(shù)商業(yè)處理器和系統(tǒng)設(shè)備都能夠支持動態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)技術(shù)和動態(tài)功耗管理(DPM)技術(shù)這兩種低功耗技術(shù)，這為降低系統(tǒng)能耗提供了可能。硬實時嵌入式系統(tǒng)的能耗主要來自處理器和系統(tǒng)設(shè)備的能耗。常見的系統(tǒng)設(shè)備有LCD、內(nèi)存、硬盤等等。現(xiàn)有的研究方法主要將處理器能耗和系統(tǒng)設(shè)備能耗單獨分開研究，沒有將這兩個主題作為一個整體加以研究。也就是說，現(xiàn)有研究所計算出的處理器速度，僅僅對于處理器或者系統(tǒng)設(shè)備是最優(yōu)的，但對于整個系統(tǒng)不是最優(yōu)。針對現(xiàn)有研究方法的不足，提出節(jié)能效果更好，且能夠滿足硬實時系統(tǒng)時限要求的硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)速度方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)速度方法，該方法根據(jù)設(shè)備的臨界時間，利用DPM技術(shù)將設(shè)備切換到低功耗狀態(tài)以降低系統(tǒng)能耗。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，包括：計算硬實時系統(tǒng)中每個使用設(shè)備Dk的臨界時間Bk；其中，k為整數(shù)；將任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間按照非降的順序進行排列；其中，i為整數(shù)；根據(jù)所使用設(shè)備的臨界時間，將任務(wù)Ti的空閑區(qū)間劃分為m+1個子區(qū)間{Im,Im-1,…,I0}；其中，m為大于等于1的整數(shù)；分別計算任務(wù)Ti的響應(yīng)時間屬于所述子區(qū)間和不屬于所述子區(qū)間時，執(zhí)行任務(wù)Ti所消耗的總能耗Ei(S)；其中，S表示處理器的運行速度；求取總能耗Ei(S)的最小值，獲得局部最優(yōu)速度根據(jù)局部最優(yōu)速度計算全局最優(yōu)速度Bk的計算方法如下：其中，為設(shè)備Dk狀態(tài)轉(zhuǎn)化的時間開銷，為設(shè)備Dk狀態(tài)轉(zhuǎn)化的能耗開銷，為設(shè)備Dk在活躍狀態(tài)的功耗，為設(shè)備Dk在休眠狀態(tài)的功耗，max表示求最大值。的計算方法如下：其中，表示設(shè)備Dk從活躍狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)的時間開銷，表示設(shè)備Dk從休眠狀態(tài)切換到活躍狀態(tài)的時間開銷。的計算方法如下：其中，表示設(shè)備Dk從活躍狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)的能耗開銷，表示設(shè)備Dk從休眠狀態(tài)切換到活躍狀態(tài)的能耗開銷。所述將任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間按照非降的順序進行排列，具體表示為：B1≤B2≤…≤Bm≤di-ci其中，di表示任務(wù)Ti的相對截止期限，ci表示任務(wù)Ti最壞情況下的執(zhí)行時間，m表示任務(wù)Ti在執(zhí)行過程中要使用設(shè)備個數(shù)。所述根據(jù)所使用設(shè)備的臨界時間，將任務(wù)Ti的空閑區(qū)間劃分為m+1個子區(qū)間{Im,Im-1,…,I0}，包括：將空閑區(qū)間[ci,di]劃分為m+1個子區(qū)間，劃分方法如下：{[ci,di-Bm],[di-Bm,di-Bm-1],…,[di-Bi+1,di-Bi],…,[di-B1,di]}上述劃分的m+1個子區(qū)間依次與{Im,Im-1,…,I0}中的m+1個子區(qū)間相對應(yīng)，也就是Im表示區(qū)間[ci,di-Bm]，Im-1表示[di-Bm,di-Bm-1]，I0表示區(qū)間[di-B1,di]等等。分別計算任務(wù)Ti的響應(yīng)時間屬于所述子區(qū)間和不屬于所述子區(qū)間時，執(zhí)行任務(wù)Ti所消耗的總能耗Ei(S)，包括：當任務(wù)Ti的響應(yīng)時間Ri屬于子區(qū)間Il時，Ei(S)計算方法如下：當任務(wù)Ti的響應(yīng)時間Ri不屬于子區(qū)間Il時，Ei(S)計算方法如下：其中，l為0≤l≤m之間的整數(shù)；a為與系統(tǒng)相關(guān)的常數(shù)，其取值范圍為2≤a≤3；S為處理器的運行速度；di表示任務(wù)Ti的相對截止期限，ci表示任務(wù)Ti最壞情況下的執(zhí)行時間；為設(shè)備Dj在活躍狀態(tài)的功耗，j為1≤j≤m之間的整數(shù)，為設(shè)備Dj狀態(tài)轉(zhuǎn)化的能耗開銷。所述獲得局部最優(yōu)速度的步驟包括：求Ei(S)的最小值min(Ei(S))，將min(Ei(S))對變量S進行求導(dǎo)，且將求導(dǎo)的結(jié)果設(shè)置為0，求解出其中為設(shè)備Dj在活躍狀態(tài)的功耗；當能夠滿足且時，表示任務(wù)Ti的響應(yīng)時間Ri屬于子區(qū)間Ii，求解出的為局部最優(yōu)速度；其中，LLj和ULj分別為子區(qū)間Ii的下限和上限；當不能夠滿足且時，表示任務(wù)Ti的響應(yīng)時間Ri不屬于子區(qū)間Ii，的取值置為所述根據(jù)局部最優(yōu)速度計算全局最優(yōu)速度具體為：全局最優(yōu)速度只能在局部最優(yōu)速度以及在確保系統(tǒng)任務(wù)滿足截止期限情況下的最低速度Slow中進行選擇，選擇的方法為：當時，否則，其中，當且E(Smax)<Ebest，否則，其中Smax是處理器能夠提供的最大運行速度，本專利技術(shù)具有如下有益效果：(1)系統(tǒng)能耗的降低，可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，延遲設(shè)備的使用時間，減少電池的更換周期；(2)本專利技術(shù)的方法比現(xiàn)有的方法平均節(jié)約大約43.48％的能耗。以下結(jié)合附圖及實施例對本專利技術(shù)作進一步詳細說明，但本專利技術(shù)的一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法不局限于實施例。附圖說明圖1為本專利技術(shù)方法的流程圖示意圖；圖2為本專利技術(shù)的實施例歸一化能耗與任務(wù)最壞情況下執(zhí)行時間的仿真實驗結(jié)果圖。具體實施方式參見圖1，本專利技術(shù)提供的一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，包括如下步驟：步驟101：計算硬實時系統(tǒng)中每個使用設(shè)備Dk的臨界時間Bk；硬實時任務(wù)Ti在執(zhí)行過程中要使用設(shè)備集{D1,D2,…,Dm}，每個設(shè)備Dk都存在臨界時間Bk；設(shè)備的臨界時間是指當設(shè)備能耗平衡的狀態(tài)，也就是說在臨界時間點，利用DPM技術(shù)切換設(shè)備到低功耗狀態(tài)不會帶來額外的能耗節(jié)約；當設(shè)備的空閑時間小于設(shè)備的臨界時間時，利用DPM技術(shù)將設(shè)備切換到低功耗狀態(tài)，反而會提高設(shè)備能耗。只有設(shè)備空閑時間大于其臨界時間時，利用DPM技術(shù)將設(shè)備切換到低功耗狀態(tài)，才可以降低設(shè)備能耗；設(shè)備Dk的臨界時間Bk，其計算方法如下：其中，為設(shè)備Dk狀態(tài)轉(zhuǎn)化的時間開銷，為設(shè)備Dk狀態(tài)轉(zhuǎn)化的能耗開銷，為設(shè)備Dk在活躍狀態(tài)的功耗，為設(shè)備Dk在休眠狀態(tài)的功耗，max表示求最大值。的計算方法如下：其中，表示設(shè)備Dk從活躍狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)的時間開銷，表示設(shè)備Dk從休眠狀態(tài)切換到活躍狀態(tài)的時間開銷。的計算方法如下：其中，表示設(shè)備Dk從活躍狀態(tài)切換到休眠狀態(tài)的能耗開銷，表示設(shè)備Dk從休眠狀態(tài)切換到活躍狀態(tài)的能耗開銷。步驟102：將任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間按照非降的順序進行排列；將任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間按照非降的順序進行排列；其處理步驟如下：B1≤B2≤…≤Bm≤di-ci其中di，ci分別是任務(wù)Ti的相對截止期限和最壞情況下的執(zhí)行時間；任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間必須小于或者等于任務(wù)Ti的最大空閑時間di-ci，因為任務(wù)完成執(zhí)行時，將不在使用設(shè)備，使用設(shè)備的時間為其最壞情況下的執(zhí)行時間，而任務(wù)的最壞情況下的執(zhí)行時間會比其相對截止期限小。步驟103：根據(jù)所使用設(shè)備的臨界時間，將任務(wù)Ti的空閑區(qū)間劃分為m+1個子區(qū)間{Im,Im-1,…,I0}；將空閑區(qū)間[ci,di]劃分為m+1個子區(qū)間，劃分方法如下：{[ci,di-Bm],[di-Bm,di-Bm-1],…,[di-B本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，其特征在于，包括：計算硬實時系統(tǒng)中每個使用設(shè)備D

【技術(shù)特征摘要】
1.一種硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，其特征在于，包括：計算硬實時系統(tǒng)中每個使用設(shè)備Dk的臨界時間Bk；其中，k為整數(shù)；將任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間按照非降的順序進行排列；其中，i為整數(shù)；根據(jù)所使用設(shè)備的臨界時間，將任務(wù)Ti的空閑區(qū)間劃分為m+1個子區(qū)間{Im,Im-1,…,I0}；其中，m為大于等于1的整數(shù)；分別計算任務(wù)Ti的響應(yīng)時間屬于所述子區(qū)間和不屬于所述子區(qū)間時，執(zhí)行任務(wù)Ti所消耗的總能耗Ei(S)；其中，S表示處理器的運行速度；求取總能耗Ei(S)的最小值，獲得局部最優(yōu)速度根據(jù)局部最優(yōu)速度計算全局最優(yōu)速度2.根據(jù)權(quán)利1所述的硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，其特征在于，Bk的計算方法如下：其中，為設(shè)備Dk狀態(tài)轉(zhuǎn)化的時間開銷，為設(shè)備Dk狀態(tài)轉(zhuǎn)化的能耗開銷，為設(shè)備Dk在活躍狀態(tài)的功耗，為設(shè)備Dk在休眠狀態(tài)的功耗，max表示求最大值。3.根據(jù)權(quán)利2所述的硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，其特征在于，所述將任務(wù)Ti所使用設(shè)備的臨界時間按照非降的順序進行排列，具體表示為：B1≤B2≤…≤Bm≤di-ci其中，di表示任務(wù)Ti的相對截止期限，ci表示任務(wù)Ti最壞情況下的執(zhí)行時間，m表示任務(wù)Ti在執(zhí)行過程中要使用設(shè)備個數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利3所述的硬實時系統(tǒng)能耗最優(yōu)方法，其特征在于，所述根據(jù)所使用設(shè)備的臨界時間，將任務(wù)Ti的空閑區(qū)間劃分為m+1個子區(qū)間{Im,Im-1,…,I0}，包括：將空閑區(qū)間[ci,di]劃分為m+1個子區(qū)間，劃分方法如下：{[ci,di-Bm],[di-Bm,di-Bm-1],…,[di-Bi+1,di-Bi],…,[di-B1,di]}上述劃分的m+1個子區(qū)間依次與{Im,Im-1,…,I0}中的m+1個子區(qū)間相對...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張憶文，蔡紹濱，張惠臻，王成，林昌龍，
申請(專利權(quán))人：華僑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：福建,35