DVS系統(tǒng)硬實時周期任務(wù)動態(tài)調(diào)度算法

與實時任務(wù)的可調(diào)度分析不同，實時DVS調(diào)度在保證任務(wù)截止時間限制同時，還要關(guān)注任務(wù)執(zhí)行的處理器功耗。功耗研究一段時間的累積效果，傳統(tǒng)基于最壞執(zhí)行時間的任務(wù)調(diào)度模型不能滿足實時DVS調(diào)度需要。該文采用實際執(zhí)行時間(AET)概率分布建立實時任務(wù)調(diào)度模型，利用隨機(jī)分析的方法分析AET分布對實時DVS調(diào)度算法性能的影響，提出了基于平均執(zhí)行時間的實時DVS動態(tài)調(diào)度算法。實驗結(jié)果表明，該算法在任務(wù)具有不同AET分布情況下可保持穩(wěn)定的功耗性能。
關(guān) 鍵 詞 動態(tài)電壓調(diào)整; 感功計算; 功耗優(yōu)化; 實時系統(tǒng); 任務(wù)調(diào)度

目前，嵌入式微處理器廣泛采用動態(tài)電壓調(diào)整 (Dynamic Voltage Scaling，DVS) 技術(shù)，工作電壓在運行時可動態(tài)調(diào)整。由于集成電路的動態(tài)功耗近似地與工作電壓平方成正比[1]，DVS已成為嵌入式實時系統(tǒng)降低功耗、延長電池使用時間的有效技術(shù)手段。硬實時系統(tǒng)(特別是安全關(guān)鍵系統(tǒng))中任務(wù)具有嚴(yán)格的截至?xí)r間要求，即使在最壞的情況下也必須保證任務(wù)在指定時間內(nèi)完成。為了達(dá)到這個要求，設(shè)計實時系統(tǒng)時應(yīng)按最壞情況進(jìn)行負(fù)荷分配，既保證實時系統(tǒng)一般情況下能輕負(fù)荷運行，降低功耗，又保證實時系統(tǒng)不突破任務(wù)截至?xí)r間。
實時DVS任務(wù)調(diào)度(RTDVS)可分為靜態(tài)(或離線)和動態(tài)(或在線)兩類[2]。靜態(tài)調(diào)度是依據(jù)任務(wù)周期、最壞執(zhí)行時間(WCET)、截至?xí)r間等可事先掌握的信息，針對WCET與截至?xí)r間之間的靜態(tài)松弛時間進(jìn)行處理器速度調(diào)度。現(xiàn)實系統(tǒng)中，任務(wù)的實際執(zhí)行時間(AET)是一個不確定量，不同任務(wù)具有不同的分布特性，有的接近于WCET，有的則比WCET小很多。動態(tài)調(diào)度就是在系統(tǒng)運行時根據(jù)實際松弛時間進(jìn)行處理器速度調(diào)度。對于實時周期任務(wù)，有基于截至?xí)r間優(yōu)先調(diào)度(EDF)的動態(tài)回收算法和投機(jī)算法、基于反饋技術(shù)的動態(tài)算法、基于整數(shù)線性規(guī)劃的動態(tài)算法、基于單調(diào)速率調(diào)度(RMS)的動態(tài)算法，以及以空間換時間的半靜態(tài)算法等[3-7]。以上調(diào)度算法多數(shù)采用WCET作為任務(wù)執(zhí)行時間建立調(diào)度模型。采用WCET建模，在分析可調(diào)度性時是充分而且必要的，因為可調(diào)度性要求在最壞情況下也要保證可調(diào)度。而功耗注重的是累計效果，僅僅采用WCET建模不能滿足要求，需要考慮AET實際分布因素。本文采用AET分布建立實時任務(wù)調(diào)度模型，利用隨機(jī)分析的方法討論任務(wù)AET分布特性對RTDVS性能的影響，提出基于平均執(zhí)行時間(ACET)的固定優(yōu)先級實時DVS動態(tài)算法。