多媒體流計(jì)算的低功耗任務(wù)調(diào)度算法研究.pdf

1、以視音頻處理為代表的流計(jì)算正成為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增長(zhǎng)得最快的負(fù)載。這種計(jì)算不僅計(jì)算量大,計(jì)算過程中需要進(jìn)行密集數(shù)據(jù)訪問,而且對(duì)延時(shí)敏感。因此,如何在保證其實(shí)時(shí)性的同時(shí),最大限度地節(jié)省能耗,成為嵌入式多媒體流計(jì)算面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn),這種狀況對(duì)于電池供電的移動(dòng)設(shè)備更加突出。因而,選取視頻解碼這一典型流計(jì)算應(yīng)用,研究降低其系統(tǒng)功耗的多任務(wù)調(diào)度算法,具有重要意義。
　　在分析視頻解碼流計(jì)算需求變化特征的基礎(chǔ)上,以降低系統(tǒng)能耗為目標(biāo),提出了

2、基于動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)(DVFS)的多任務(wù)調(diào)度算法。通過詳細(xì)分析視頻解碼流程,闡明了其計(jì)算量需求動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)在機(jī)理。并且,通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析了視頻解碼任務(wù)計(jì)算需求的變化特征及其波動(dòng)范圍。在分析DVFS機(jī)制的基礎(chǔ)上,闡述了為有效降低系統(tǒng)能耗,進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí)的關(guān)鍵步驟,即選擇處理器的運(yùn)行頻率和確定任務(wù)執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)。針對(duì)處理器的頻率-功率之間的凸函數(shù)關(guān)系,指出了減少功耗應(yīng)遵循的原則,即減少調(diào)節(jié)次數(shù),并降低調(diào)節(jié)幅度。在對(duì)流計(jì)算任務(wù)計(jì)算需求進(jìn)行預(yù)測(cè)

3、的基礎(chǔ)上,提出用于選擇處理器運(yùn)行頻率的逐次平均最大值法和基于最早截止時(shí)間優(yōu)先(EDF)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)確定方法。通過取最大值來保證實(shí)時(shí)性這一基本前提;通過逐次取平均值來增強(qiáng)調(diào)度的穩(wěn)定性,以減少頻率調(diào)節(jié)的幅度和次數(shù);通過EDF來實(shí)現(xiàn)任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先調(diào)度,以優(yōu)先處理截止期最近的任務(wù),提高服務(wù)質(zhì)量(QoS)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的逐次平均最大值頻率計(jì)算方法,結(jié)合基于EDF的優(yōu)先級(jí)算法在性能上具有優(yōu)越性,特別是當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)間波動(dòng)較大時(shí),這

4、種優(yōu)勢(shì)更明顯。當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)間因網(wǎng)絡(luò)狀況變化而波動(dòng)時(shí),使用該算法,能保證系統(tǒng)的功耗以及超出截止時(shí)間的比例達(dá)到或者接近最優(yōu)。而且,該算法具有較好的穩(wěn)定性,系統(tǒng)功耗和超出截止時(shí)間比例因任務(wù)到達(dá)時(shí)間波動(dòng)而改變的幅度分別在1％和3％以內(nèi)。與GRACE-OS相比,所提出的任務(wù)調(diào)度方案在整體性能上具有優(yōu)勢(shì)。其在使功耗平均降低了6％的同時(shí),在滿足任務(wù)截止期要求上還有大幅度提升,特別是當(dāng)任務(wù)到達(dá)時(shí)間波動(dòng)較大時(shí),計(jì)算任務(wù)超出截止時(shí)間的比例只有GRACE-O