嵌入式操作系統(tǒng)功耗管理技術(shù)研究.pdf

1、隨著嵌入式計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)變得小巧玲瓏而且功能強(qiáng)大，一塊小小的芯片可以實(shí)現(xiàn)無線通訊、圖像處理、多媒體播放等功能。然而由于系統(tǒng)功耗的限制，嵌入式系統(tǒng)的持續(xù)工作時(shí)間、制造和運(yùn)行成本，設(shè)備的封裝體積、可靠性和使用壽命，以及高性能部件的使用，都受到嚴(yán)重影響。功耗已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要制約因素之一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)的硬件功耗控制技術(shù)的出現(xiàn)，軟件方面的功耗管理技術(shù)已經(jīng)成為控制和優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功耗的重要手段，也是近年

2、嵌入式系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)課題。 論文通過分析嵌入式系統(tǒng)功耗的影響因素，論述了操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)功耗管理中的核心地位和優(yōu)勢(shì)。論文詳細(xì)介紹了操作系統(tǒng)現(xiàn)有的功耗管理技術(shù)及其研究現(xiàn)狀，指出不確定性是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求的基本特征，隨機(jī)分析方法是研究操作系統(tǒng)功耗管理的有效手段。全文基于這一認(rèn)識(shí)，分別研究了操作系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗管理、非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)DVS任務(wù)調(diào)度的隨機(jī)模型、管理策略和控制算法，主要的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新之處包括： 1.利用隨機(jī)決策模型，從理

3、論上證明了最優(yōu)動(dòng)態(tài)功耗管理策略是確定馬爾科夫策略，即超時(shí)策略。這一結(jié)果縮小了動(dòng)態(tài)功耗管理問題最優(yōu)解的搜索空間，降低了求解難度，為簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)功耗管理控制算法提供了理論依據(jù)。同時(shí)該結(jié)果對(duì)DVS任務(wù)調(diào)度的時(shí)鐘頻率確定或松弛時(shí)間分配也具有同樣的指導(dǎo)意義。 2.利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求的自相似性，從理論上解釋了現(xiàn)有動(dòng)態(tài)功耗管理隨機(jī)模型沒有解釋的“實(shí)踐中超時(shí)策略可取得優(yōu)良節(jié)能效果”現(xiàn)象，從側(cè)面證明了最優(yōu)動(dòng)態(tài)功耗管理策略是確定馬爾科夫策略的結(jié)論。

4、并提出非平穩(wěn)自相似業(yè)務(wù)請(qǐng)求下的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)功耗管理算法。 3.指出當(dāng)任務(wù)執(zhí)行需求為隨機(jī)變量時(shí)，非實(shí)時(shí)DVS任務(wù)調(diào)度中最優(yōu)時(shí)鐘頻率為確定頻率，由此給出了關(guān)鍵功耗執(zhí)行時(shí)間的概念，并提出了基于關(guān)鍵功耗執(zhí)行時(shí)間的非實(shí)時(shí)DVS任務(wù)調(diào)度的時(shí)鐘頻率確定算法，克服了現(xiàn)有非實(shí)時(shí)DVS任務(wù)調(diào)度算法性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。 4.采用靜態(tài)計(jì)算與動(dòng)態(tài)回收相結(jié)合的方法，提出了固定優(yōu)先級(jí)和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度準(zhǔn)確的松弛時(shí)間估計(jì)算法，克服了現(xiàn)有松弛時(shí)間準(zhǔn)確估計(jì)算法運(yùn)

5、行時(shí)開銷大的缺點(diǎn)。為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行時(shí)間、空間和性能折衷平衡，提供了一種“以空間換取時(shí)間”選擇方案。此外，提出的基于關(guān)鍵功耗執(zhí)行時(shí)間的實(shí)時(shí)DVS任務(wù)調(diào)度的松弛時(shí)間分配算法，克服了現(xiàn)有實(shí)時(shí)DVS任務(wù)調(diào)度算法性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。 除了以上操作系統(tǒng)功耗管理的模型、策略和算法研究外，論文對(duì)功耗管理架構(gòu)進(jìn)行了分析研究，提出了一個(gè)基于eCOS操作系統(tǒng)的功耗管理架構(gòu)原型系統(tǒng)，該架構(gòu)采用機(jī)制和策略分離的設(shè)計(jì)思想，定義了功耗管理所必要的控制和