嵌入式系統(tǒng)節(jié)能調(diào)度算法研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)的快速發(fā)展,能量消耗已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)課題和性能指標(biāo)。一些節(jié)能技術(shù)如動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié),動(dòng)態(tài)電源管理,和自適應(yīng)襯底偏置以及它們的混合為降低嵌入式系統(tǒng)的能量消耗提供了很好的機(jī)會(huì)。任務(wù)調(diào)度和電壓選擇在能量最小化方面起著積極作用。因此將節(jié)能技術(shù)并入調(diào)度算法對(duì)嵌入式系統(tǒng)節(jié)能變得重要起來(lái)。事實(shí)上,數(shù)據(jù)或者控制依賴對(duì)節(jié)能有著負(fù)面影響。因此,在節(jié)能調(diào)度算法的設(shè)計(jì)中這一因素的負(fù)面影響需要被有效地解決?？紤]到重定時(shí)有向無(wú)環(huán)圖能夠

2、有效地克服迭代內(nèi)數(shù)據(jù)依賴的影響,從而為降低調(diào)度長(zhǎng)度或能量消耗提供更多的機(jī)會(huì),本文以重定時(shí)有向無(wú)環(huán)圖為調(diào)度對(duì)象設(shè)計(jì)了幾個(gè)節(jié)能策略。
　　 本文的主要研究工作概括如下:
　　 1.如果一個(gè)調(diào)度是基于重定時(shí)有向無(wú)環(huán)圖產(chǎn)生的,并且所有的任務(wù)都執(zhí)行兩個(gè)性能模式,恰當(dāng)?shù)刂嘏判蛉蝿?wù)順序和每個(gè)任務(wù)的性能模式順序能夠產(chǎn)生更多的松弛用于降低能量消耗。為了提供更多的機(jī)會(huì)降低能量消耗,利用重定時(shí)有向無(wú)環(huán)圖只有迭代間數(shù)據(jù)依賴這一特點(diǎn)以及一個(gè)任務(wù)重

3、排序性能模式順序?qū)θ蝿?wù)執(zhí)行沒(méi)有影響這一優(yōu)點(diǎn),提出了一個(gè)技術(shù)重排序任務(wù)和性能模式。首先,當(dāng)一個(gè)組件上的一個(gè)任務(wù)被設(shè)置為第一個(gè)執(zhí)行的任務(wù)時(shí),對(duì)于該組件上給定的任務(wù)集,計(jì)算最小的電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間。然后從這些最小電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間里選擇一個(gè)最小的作為該組件上任務(wù)集的最小電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間。相應(yīng)任務(wù)順序和性能模式順序是最終要執(zhí)行的任務(wù)和性能模式順序。
　　 2.許多處理器如PXA255,AMD Mobile Athlon4,Transmeta’s Cru

4、soe具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)能力。此外,多核體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)占領(lǐng)了嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)。在電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間是固定的或者可以忽略不計(jì)的情況下,為了降低具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)能力的多核系統(tǒng)的能量消耗,提出了一個(gè)用于最小化多核系統(tǒng)能量消耗的算法。提出的算法考慮了性能模式轉(zhuǎn)換開(kāi)銷和處理核之間的通信開(kāi)銷,該算法用于降低含有依賴任務(wù)并具有公共時(shí)間限制的應(yīng)用程序的電壓轉(zhuǎn)換能量消耗和動(dòng)態(tài)能量消耗。首先,提出的算法在給定時(shí)間限制下通過(guò)選擇合理的任務(wù)映射和頻率安排獲取最小的初始調(diào)度

5、長(zhǎng)度。然后,它迭代地選擇任務(wù)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以便當(dāng)將被選擇的任務(wù)降低一個(gè)頻率并把被選擇的任務(wù)所在的處理核上的任務(wù)按降電壓順序執(zhí)行時(shí),產(chǎn)生最小的能量消耗。
　　 3.日益縮小的特征尺寸導(dǎo)致在未來(lái)泄露能量會(huì)超過(guò)動(dòng)態(tài)能量。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和自適應(yīng)襯底偏置是同時(shí)降低動(dòng)態(tài)能量和泄露能量的有效手段。為了響應(yīng)這一趨勢(shì),提出了一個(gè)算法應(yīng)用上述兩種技術(shù)降低具有硬時(shí)間限制的應(yīng)用程序在多核系統(tǒng)上的能量消耗。首先,提出的方法確定初始的任務(wù)順序和頻率安排以在給定

6、的時(shí)間限制下獲得最小的初始調(diào)度長(zhǎng)度。然后它迭代地選擇候選任務(wù),調(diào)節(jié)候選任務(wù)的頻率以獲得最大的壓縮能量和增長(zhǎng)時(shí)間的比值。為了能夠獲得更多的松弛以降低能量消耗,它在每次頻率調(diào)節(jié)后重排序侯選任務(wù)所在處理核的任務(wù)。
　　 4.近年來(lái),新的多核系統(tǒng)被提出作為降低能量消耗的頗有前景的辦法。在這樣的系統(tǒng)里不僅處理核而且總線具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和自適應(yīng)襯底偏置能力。對(duì)于這樣的系統(tǒng),一個(gè)算法被提出用來(lái)降低處理核和通信鏈路的能量消耗。首先,提出的算法利