多處理器片上系統(tǒng)中溫度感知的任務(wù)調(diào)度算法研究.pdf

1、近幾年，越來(lái)越多的新型嵌入式系統(tǒng)需要高性能、高集成度的處理器來(lái)滿足其相關(guān)的嵌入式設(shè)計(jì)約束，例如減小系統(tǒng)的物理尺寸或者降低功耗。在這種情況下，多處理器片上系統(tǒng)(Multiprocessorsystems-on-chips，MPSoCs)成為了解決這一問(wèn)題的一個(gè)比較理想的方案，并且引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共同關(guān)注。然而，隨著處理器內(nèi)核數(shù)目和集成度的增加，芯片內(nèi)部功耗值和發(fā)熱量急劇增加，芯片內(nèi)部溫度也隨之上升。高溫?zé)狳c(diǎn)和大的溫度變化增加了系統(tǒng)的

2、冷卻成本，降低了系統(tǒng)的可靠性和性能，嚴(yán)重制約了高性能微處理器在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展。在滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)截止期和芯片閾值溫度的約束下，如何執(zhí)行任務(wù)調(diào)度、降低芯片能耗是一個(gè)亟需解決的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　 在研究了多種關(guān)于多處理器片上系統(tǒng)的溫度管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了兩種溫度感知的動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度算法。首先，本文提出了一種MPSoCs中基于滑動(dòng)窗口模型的溫度感知?jiǎng)討B(tài)任務(wù)調(diào)度算法Prob-HN。該算法根據(jù)各個(gè)內(nèi)核以及其鄰居單元的當(dāng)前溫度和歷史溫度

3、，計(jì)算內(nèi)核的任務(wù)分配概率，然后選擇一個(gè)概率最大的空閑內(nèi)核來(lái)執(zhí)行任務(wù)。在考慮內(nèi)核的歷史溫度影響時(shí)，定義了一個(gè)溫度滑動(dòng)窗口模型，用來(lái)記錄最近n個(gè)任務(wù)到達(dá)時(shí)各單元的溫度，同時(shí)，考慮到距離當(dāng)前時(shí)間越遠(yuǎn)的歷史溫度對(duì)當(dāng)前的影響越小的情況，定義了一個(gè)衰減函數(shù)，對(duì)不同時(shí)間的歷史溫度分配不同的影響權(quán)重。在考慮內(nèi)核鄰居單元的溫度時(shí)，為了權(quán)衡算法的精確度和復(fù)雜度，將物理位置直接相鄰的單元定義為鄰居單元，只考慮分組內(nèi)鄰居單元之間的溫度影響，不考慮分組間單元之間

4、的溫度影響。
　　 針對(duì)支持DVFS的MPSoCs中實(shí)時(shí)任務(wù)的調(diào)度問(wèn)題，本文提出一種溫度感知?jiǎng)討B(tài)任務(wù)調(diào)度算法Prob-V。該算法首先根據(jù)內(nèi)核自身的溫度以及其鄰居單元的溫度，為每一個(gè)空閑內(nèi)核計(jì)算一個(gè)任務(wù)分配概率，然后選擇任務(wù)分配概率最大的空閑內(nèi)核來(lái)執(zhí)行就緒的任務(wù)。當(dāng)?shù)谝徊街羞x定內(nèi)核來(lái)執(zhí)行就緒任務(wù)之后，算法將依據(jù)兩個(gè)定理為選定的內(nèi)核確定合適的電壓/頻率狀態(tài)，在保證任務(wù)可以在截止期之前完成的情況下使內(nèi)核的最高溫度最低。
　　

5、為了對(duì)本文提出的溫度感知的動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行評(píng)估，本文使用HotSpot5.0作為功率-溫度建模工具，根據(jù)具體的多處理器片上系統(tǒng)的特性開(kāi)發(fā)了一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)度模擬器。該模擬器可以方便的對(duì)各種多處理器片上系統(tǒng)中的溫度感知的動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行評(píng)估;可以根據(jù)需要生成各種周期性、帶依賴關(guān)系的隨機(jī)任務(wù)集，或者低、中、高負(fù)載的固定任務(wù)集;可以將算法執(zhí)行過(guò)程中處理器各組成部分的溫度以圖形化的形式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。利用本動(dòng)態(tài)調(diào)度模擬器，對(duì)文中提出的