嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)節(jié)能與可靠性優(yōu)化算法研究.pdf

1、多核/眾核網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算、低能耗綠色計(jì)算、高可信計(jì)算等計(jì)算模式的出現(xiàn),對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)帶來了新的研究需求與挑戰(zhàn)。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深化和芯片集成度的日益提高,對(duì)實(shí)時(shí)性、能耗和可靠性的綜合性能協(xié)同優(yōu)化顯得尤為重要,傳統(tǒng)的單性能優(yōu)化方法不再適用,迫切需要采用新的研究思路和優(yōu)化算法。
　　本文面向嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同綜合流程,全面總結(jié)了單處理器、多處理器(核)及片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-Chip,NoC)系統(tǒng)等不同架構(gòu)

2、的節(jié)能、容錯(cuò)與能耗/可靠性折中設(shè)計(jì)方法。面向各種實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和設(shè)計(jì)需求、性能約束,本文采用不同的能耗和可靠性優(yōu)化算法,重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵問題:
　　(1)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件劃分及多屬性綜合評(píng)價(jià)；
　　(2)雙處理器系統(tǒng)的容錯(cuò)調(diào)度及電壓分配；
　　(3) NoC的IP(Intellectual Property)核映射及鏈路電壓分配。
　　論文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新之處在于:
　　(1)針對(duì)硬件面積、價(jià)格成本、功耗、實(shí)時(shí)

3、性和可靠性約束的多目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)軟硬件劃分問題,提出了一種支持多屬性決策的求解算法。根據(jù)給定的系統(tǒng)任務(wù)流圖以及可重用軟硬件組件庫,首先將可靠性轉(zhuǎn)化為可累加的成本型指標(biāo),基于改進(jìn)后的最短路徑算法,獲得符合約束條件的軟硬件劃分方案Pareto集。在此基礎(chǔ)上,采用組合賦權(quán)TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarly to Ideal Solution)方法,對(duì)各候選劃分方案進(jìn)行評(píng)價(jià)排序,

4、從而獲得綜合性能評(píng)價(jià)最優(yōu)的軟硬件劃分結(jié)果。
　　(2)針對(duì)能量受限雙處理器嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的容錯(cuò)調(diào)度及電壓分配問題,提出了一種基于禁忌搜索的可靠性優(yōu)化算法。給定獨(dú)立實(shí)時(shí)任務(wù)集和兩個(gè)電壓可動(dòng)態(tài)調(diào)整的處理器,采用改進(jìn)的主/副版本模型,基于EDF(Earliest Deadline First)調(diào)度,確定每個(gè)任務(wù)在任意處理器上的容錯(cuò)備份數(shù),并為每個(gè)任務(wù)實(shí)例分配合適的電壓模式。本算法考慮了電壓降低對(duì)瞬時(shí)故障率的影響,在總能量和關(guān)鍵任務(wù)可靠性

5、約束下,使系統(tǒng)的可靠性得到優(yōu)化。
　　(3)針對(duì)能量和可靠性感知的IP核映射與通信鏈路電壓分配問題,提出了一種嵌套的NoC通信能耗/可靠性協(xié)同優(yōu)化算法。給定 IP核通信任務(wù)圖和鏈路電壓可調(diào)整的NoC平臺(tái),基于遺傳算法獲得NoC映射后,采用一種性能變化率驅(qū)動(dòng)的啟發(fā)式電壓分配算法,為每個(gè)通信任務(wù)在各映射鏈路上分配電壓值。本算法在確保NoC帶寬約束的同時(shí),可以有效降低NoC鏈路的通信能耗,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與可靠性的折中。
　　隨著嵌入式