專利名稱：一種基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度技術(shù)，尤其涉及一種基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
所謂的實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指能夠在指定或者確定的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能并做出響應(yīng)的系統(tǒng)。它具有一定的時(shí)間約束，即任務(wù)要在指定的時(shí)限之前完成操作。近年來(lái)，嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，因其具有較高的可靠性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、核工業(yè)、信息采集以及環(huán)境勘測(cè)等領(lǐng)域。為了使儲(chǔ)能相對(duì)低的嵌入式系統(tǒng)能提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)能耗以及溫度方面進(jìn)行了深入的研究。在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的能量管理方面，普遍被采用和研究方法主要包括動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)以及動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)。而在溫度管理上則主要應(yīng)用動(dòng)態(tài)的溫度管理技術(shù)。雖然這些技術(shù)都被廣泛研究也行之有效，但它們都對(duì)嵌入式系統(tǒng)的硬件配置有較高的要求。一方面，動(dòng)態(tài)的能量管理要求系統(tǒng)的處理器支持多種執(zhí)行頻率，并且支持動(dòng)態(tài)的頻率切換功能；另一方面，動(dòng)態(tài)的溫度管理還需要系統(tǒng)有內(nèi)置的溫度傳感器來(lái)實(shí)時(shí)的獲取當(dāng)前的溫度情況。本發(fā)明針對(duì)更加普遍的嵌入式多處理器的提出靜態(tài)的任務(wù)調(diào)度方法，不僅能夠靜態(tài)的保證系統(tǒng)的溫度安全，還能最小化系統(tǒng)的能耗。本發(fā)明所提出的方法并不需要處理器支持動(dòng)態(tài)的頻率調(diào)節(jié)功能，亦不需要增置額外的溫度監(jiān)控設(shè)備。Gang Quan等人提出了溫度約束下的可行性檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)可以應(yīng)用于固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)的溫度安全檢測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)推進(jìn)了溫度約束下靜態(tài)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度的研究進(jìn)步。然而，該方法需要通過(guò)對(duì)一個(gè)超周期內(nèi)所有的非安全區(qū)間進(jìn)行溫度可行性檢查，計(jì)算復(fù)雜度很高。此外，在溫度可感知的靜態(tài)調(diào)度方面，有一些研究通過(guò)安排任務(wù)執(zhí)行的順序來(lái)降低處理器的溫度峰值。這些研究提出的冷熱間隔執(zhí)行任務(wù)的策略來(lái)降低處理器峰值的目的。但現(xiàn)有研究大多是基于等周期任務(wù)模型。對(duì)于普通的非等周期模型還沒有深入的研究應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于超周期的檢測(cè)計(jì)算復(fù)雜和溫度感知的靜態(tài)調(diào)度未涉及非等周期模型等缺陷，提出了一種基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法。本發(fā)明提出了一種基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟:步驟一:獲取所有待分配的任務(wù)和所有待分配任務(wù)的處理器，并獲取所述任務(wù)的能耗貢獻(xiàn)值Metric與所述處理器的能耗貢獻(xiàn)值PeMetric ；步驟二:對(duì)于一個(gè)處理器，選取一個(gè)任務(wù)進(jìn)行模糊溫度約束檢測(cè)；若不通過(guò)，則不分配所述任務(wù)至所述處理器上并選取下一個(gè)任務(wù)重新執(zhí)行步驟二 ；若通過(guò)，則將所述任務(wù)分配至所述處理器上，并選取下一個(gè)待分配的任務(wù)重新執(zhí)行步驟二 ；直至檢測(cè)所有待分配的任務(wù)后，執(zhí)行步驟三；步驟三:對(duì)所述處理器上的任務(wù)進(jìn)行精確溫度約束檢測(cè)；若通過(guò)，則執(zhí)行步驟四；否則，刪除所述處理器中能耗貢獻(xiàn)值Metric最小的任務(wù)并重新執(zhí)行步驟三；步驟四:若所有待分配的任務(wù)均已分配至處理器，則執(zhí)行步驟五；若還存在待分配的任務(wù)未分配至處理器，判斷當(dāng)前分配任務(wù)的處理器是否為最后一個(gè)處理器；若不是，則選用下一個(gè)處理器并重新執(zhí)行所述步驟二 ；否則，終止所述靜態(tài)調(diào)度；步驟五:保存所述靜態(tài)調(diào)度的方案，并根據(jù)所述方案實(shí)施調(diào)度。其中，步驟一中進(jìn)一步包括:將所述按處理器的能耗貢獻(xiàn)值PeMetric從低至高排序。其中，執(zhí)行所述步驟二前進(jìn)一步包括:將所述任務(wù)根據(jù)任務(wù)的能耗貢獻(xiàn)值Metric從高至低排序；選取第一個(gè)處理器并開始執(zhí)行所述步驟二。其中，步驟二中所述模糊溫度約束檢測(cè)包括以下步驟:步驟Al:將一個(gè)任務(wù)預(yù)分配至當(dāng)前的處理器的任務(wù)集中；步驟A2:對(duì)所述處理器的任務(wù)集進(jìn)行實(shí)時(shí)約束檢測(cè)，測(cè)量所述任務(wù)集中每個(gè)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間 ；若所述響應(yīng)時(shí)間小于延遲閾值，則執(zhí)行步驟A3 ;否則，所述模糊溫度約束檢測(cè)結(jié)果為不通過(guò)；步驟A3:構(gòu)造一個(gè)調(diào)度序列，對(duì)所述處理器上第一個(gè)超周期內(nèi)的調(diào)度序列進(jìn)行模糊溫度約束下的溫度可行性檢測(cè)，所述超周期表示所述處理器中所有任務(wù)的周期的最小公倍數(shù)；若所述調(diào)度序列滿足所述溫度可行性檢測(cè)，則所述模糊溫度約束檢測(cè)結(jié)果為通過(guò)；否則，所述模糊溫度約束檢測(cè)結(jié)果為不通過(guò)。其中，步驟三中所述精確溫度約束檢測(cè)包括以下步驟:步驟B1:對(duì)所述處理器的任務(wù)集進(jìn)行空閑時(shí)間分配；步驟B2:構(gòu)造一個(gè)調(diào)度序列，對(duì)所述處理器上第一個(gè)超周期內(nèi)的調(diào)度序列進(jìn)行精確溫度約束下的溫度可行性檢測(cè)，所述超周期表示所述處理器中所有任務(wù)的周期的最小公倍數(shù)；若所述調(diào)度序列滿足所述溫度可行性檢測(cè)，則所述精確溫度約束檢測(cè)結(jié)果為通過(guò)；否則，所述精確溫度約束檢測(cè)結(jié)果為不通過(guò)。其中，所述調(diào)度序列如以下公式表示:
權(quán)利要求
1.一種基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:獲取所有待分配的任務(wù)和所有待分配任務(wù)的處理器，并獲取所述任務(wù)的能耗貢獻(xiàn)值Metric與所述處理器的能耗貢獻(xiàn)值PeMetric ； 步驟二:對(duì)于一個(gè)處理器，選取一個(gè)任務(wù)進(jìn)行模糊溫度約束檢測(cè)；若不通過(guò)，則不分配所述任務(wù)至所述處理器上并選取下一個(gè)任務(wù)重新執(zhí)行步驟二 ；若通過(guò)，則將所述任務(wù)分配至所述處理器上，并選取下一個(gè)待分配的任務(wù)重新執(zhí)行步驟二 ；直至檢測(cè)所有待分配的任務(wù)后，執(zhí)行步驟三； 步驟三:對(duì)所述處理器上的任務(wù)進(jìn)行精確溫度約束檢測(cè)；若通過(guò)，則執(zhí)行步驟四；否貝丨J，刪除所述處理器中能耗貢獻(xiàn)值Metric最小的任務(wù)并重新執(zhí)行步驟三； 步驟四:若所有待分配的任務(wù)均已分配至處理器，則執(zhí)行步驟五；若還存在待分配的任務(wù)未分配至處理器，判斷當(dāng)前分配任務(wù)的處理器是否為最后一個(gè)處理器；若不是，則選用下一個(gè)處理器并重新執(zhí)行所述步驟二 ；否則，終止所述靜態(tài)調(diào)度； 步驟五:保存所述靜態(tài)調(diào)度的方案，并根據(jù)所述方案實(shí)施調(diào)度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，步驟一中進(jìn)一步包括:將所述按處理器的能耗貢獻(xiàn)值PeMetric從低至高排序。
3.如權(quán)利要求1所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，執(zhí)行所述步驟二前進(jìn)一步包括:將所述任務(wù)根據(jù)任務(wù)的能耗貢獻(xiàn)值Metric從高至低排序；選取第一個(gè)處理器并開始執(zhí)行所述步驟二。
4.如權(quán)利要求1所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，步驟二中所述模糊溫度約束檢測(cè)包括以下步驟: 步驟Al:將一個(gè)任務(wù)預(yù)分配至當(dāng)前的處理器的任務(wù)集中； 步驟A2:對(duì)所述處理器的任務(wù)集進(jìn)行實(shí)時(shí)約束檢測(cè)，測(cè)量所述任務(wù)集中每個(gè)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間；若所述響應(yīng)時(shí)間小于延遲閾值，則執(zhí)行步驟A3 ;否則，所述模糊溫度約束檢測(cè)結(jié)果為不通過(guò)； 步驟A3:構(gòu)造一個(gè)調(diào)度序列，對(duì)所述處理器上第一個(gè)超周期內(nèi)的調(diào)度序列進(jìn)行模糊溫度約束下的溫度可行性檢測(cè)，所述超周期表示所述處理器中所有任務(wù)的周期的最小公倍數(shù)；若所述調(diào)度序列滿足所述溫度可行性檢測(cè)，則所述模糊溫度約束檢測(cè)結(jié)果為通過(guò)；否貝U，所述模糊溫度約束檢測(cè)結(jié)果為不通過(guò)。
5.如權(quán)利要求1所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，步驟三中所述精確溫度約束檢測(cè)包括以下步驟: 步驟B1:對(duì)所述處理器的任務(wù)集進(jìn)行空閑時(shí)間分配； 步驟B2:構(gòu)造一個(gè)調(diào)度序列，對(duì)所述處理器上第一個(gè)超周期內(nèi)的調(diào)度序列進(jìn)行精確溫度約束下的溫度可行性檢測(cè)，所述超周期表示所述處理器中所有任務(wù)的周期的最小公倍數(shù)；若所述調(diào)度序列滿足所述溫度可行性檢測(cè)，則所述精確溫度約束檢測(cè)結(jié)果為通過(guò)；否貝U，所述精確溫度約束檢測(cè)結(jié)果為不通過(guò)。
6.如權(quán)利要求4或 5任意一項(xiàng)所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度序列如以下公式表示:
7.如權(quán)利要求4或5任意一項(xiàng)所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，對(duì)所述調(diào)度序列進(jìn)行的所述溫度可行性檢測(cè)包括以下檢測(cè)過(guò)程:B (edj-stj) =Bi= (b-a*cf i*v (r))Kj = exp (-B (ed0_sto)-----B (edj-stj)；K = exp (_B (ed0_sto)-----EUed1-St1) 式中，BGd1-Sti)表示第i個(gè)調(diào)度區(qū)間[sti; edj的溫度變化速度因子，Kj表示從第O個(gè)調(diào)度區(qū)間到第j個(gè)調(diào)度區(qū)間內(nèi)的溫度變化因子，St表示執(zhí)行區(qū)間的起始端，ed表示執(zhí)行區(qū)間的截止端，Cfi表示執(zhí)行任務(wù)的電路活動(dòng)因子，O表示第一個(gè)超周期的起始端，I表示第一個(gè)超周期的截止端。
8.如權(quán)利要求7所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度序列經(jīng)所述溫度可行性檢測(cè)后，當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件時(shí)，通過(guò)所述模糊溫度約束檢測(cè): 0<K< I ；T(L) ^ Tmax(1-K)； 且，在第一個(gè)超周期
內(nèi)，區(qū)間[Stpedi]滿足:
9.如權(quán)利要求7所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度序列經(jīng)所述溫度可行性檢測(cè)后，當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件時(shí)，滿足所述精確溫度約束檢測(cè):O < K < IT(L) ( Tmax(1-K) 在第一個(gè)超周期[O, L]內(nèi)，對(duì)于任意區(qū)間[Sti, edj有:
10.如權(quán)利要求5所述的基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，其特征在于，所述空閑時(shí)間分配用于構(gòu)造混合任務(wù)集，降低處理器執(zhí)行任務(wù)的溫度峰值，其包括以下步驟: 步驟Cl:根據(jù)所述處理器和所述處理器上分配的任務(wù)，構(gòu)成所述混合任務(wù)集； 步驟C2:計(jì)算所述混合任務(wù)集中各每一個(gè)混合任務(wù)的穩(wěn)定溫度，并根據(jù)穩(wěn)定溫度判斷所述每一個(gè)混合任務(wù)屬于熱任務(wù)或冷任務(wù)； 步驟C3:計(jì)算所述混合任務(wù)集的理想均衡溫度，選取所述混合任務(wù)集中周期最長(zhǎng)的任務(wù)，判斷所述任務(wù)是否為熱任務(wù)；若是，執(zhí)行步驟C4，否則執(zhí)行步驟CS ； 步驟C4:計(jì)算當(dāng)前混合任務(wù)集的理想空閑時(shí)間； 步驟C5:計(jì)算當(dāng)前混合任務(wù)的最大可用空閑時(shí)間； 步驟C6:計(jì)算所述當(dāng)前混合任務(wù)的實(shí)際空閑時(shí)間； 步驟C7:更新所述當(dāng)前混合任務(wù)的執(zhí)行長(zhǎng)度； 步驟CS:判斷當(dāng)前混合任務(wù)是否為所述混合任務(wù)集中最后一個(gè)混合任務(wù)；若是，則結(jié)束所述空閑時(shí)間分配，否則選取下一個(gè)混合任務(wù)并重新執(zhí)行所述步驟C4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于溫度約束的固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)靜態(tài)調(diào)度方法，包括獲取待分配任務(wù)及待分配任務(wù)的處理器的參數(shù)；對(duì)任務(wù)進(jìn)行模糊溫度約束檢測(cè)與精確溫度約束檢測(cè)，將任務(wù)分配至處理器中。本發(fā)明綜合考慮任務(wù)的自身特性以及處理器功耗、溫度特性，尋求最優(yōu)的任務(wù)分配方案，使得分配后的系統(tǒng)所需總能耗最小。本發(fā)明適用于電池容量較低的，溫度條件嚴(yán)苛的多處理器實(shí)時(shí)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F9/48GK103164274SQ20131005287
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月18日
發(fā)明者魏同權(quán), 陳靚 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)