安全關鍵嵌入式系統(tǒng)的能耗測量分析與實時調度研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)正深刻地推動著社會的信息化、智能化發(fā)展，并且在國民經濟中扮演著舉足輕重的作用。然而，嵌入式系統(tǒng)由于通常工作在復雜嚴苛的受限環(huán)境中，尤其對于那些采用電池供電的設備，因而嵌入式系統(tǒng)面臨著嚴重的能耗約束。不僅如此，隨著互聯網的進一步發(fā)展以及物聯網產業(yè)的逐漸興起，嵌入式系統(tǒng)面臨的安全威脅也日益嚴峻。低能耗、高安全性的嵌入式系統(tǒng)設計正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
　　低功耗嵌入式系統(tǒng)設計，離不開對系統(tǒng)能耗的測量分析。本文針對嵌入式軟件傳

2、統(tǒng)能耗測量方法的不足，從專業(yè)測控領域尋找解決辦法，設計實現了一種基于LabVIEW的精確能耗測量手段。該方法對嵌入式程序軟件所運行的目標設備直接進行電壓和電流信號的測量與采集，并采用一種基于離散數據的近似能耗計算方法，求得有效能耗數據。通過實際的對比測量，證明了本方法的正確性與有效性。
　　要深入地研究安全與能耗之間的聯系，對安全算法的能耗特征分析就顯得尤為重要。為了獲得相關安全算法的精確能耗和性能數據，基于本文提出的嵌入式軟件能

3、耗測量方法，搭建了實際的物理測量平臺。在該平臺上測得了典型安全算法的能耗數據，主要包括：對稱密碼算法、非對稱密碼算法、哈希算法。根據所測數據，本文提出一種多維的分析框架，從功率、速度、單位能耗成本這三個角度揭示了安全算法的能耗特征。為了幫助解釋和研究這些能耗特征，本文還構建了相關的數學模型來進行歸納和擴展。
　　高效率的安全與能耗感知的實時任務調度算法，對于降低系統(tǒng)能耗、提高系統(tǒng)安全性有顯著作用。本文針對異構環(huán)境下的實時嵌入式系統(tǒng)

4、，提出了安全與能耗感知的調度長度和能耗權重可調的WTSE（Weight Tuning for Schedule Length and Energy Consumption）實時任務調度算法。該算法充分考慮了網絡通信、安全服務、系統(tǒng)能耗、任務實時性等多種因素，并通過作業(yè)調度長度和能耗權重可調的線性判別函數來篩選最優(yōu)結點。此外，設計了一種任務松散時間利用率機制，以確保安全服務不會占用過多能耗和處理機時間。通過相關算法的對比實驗，證明了該算法