基于空间时间回收算法的实时系统低功耗的设计

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随着嵌入式便携设备在计算和通信领域的快速发展,基于嵌入式系统的多媒体应用广受欢迎,但这些功能的实现需耗费较高的能量。嵌入式便携设备一般都依赖电池供电,有限的电池容量限制了设备性能的开发,因此嵌入式系统的低功耗研究势在必行。   目前研究中较为热门的低功耗技术主要有动态电压调整(DVS)技术,该技术同时降低处理器的电压和频率来降低功耗。DVS策略分为:任务内和任务间DVS策略。任务间DVS策略是从系统级的角度宏观地实现任务调度和能量配置,主要考虑如何在多任务之间切换处理器的频率。基于空间时间回收的任务间DVS策略关键在于如何估算和分配空闲时间。根据空间时间回收方式的不同,本文改进了空间时间回收算法和空间时间转移算法。前者动态地回收空闲时间以降低当前任务的运行速度,后者转移未来任务的运行时间给当前任务运行以降低其速度。本文设计的实现方案分为三步:(1)静态最优调度,假设任务均以最坏情况执行,计算系统静态最优速度作为各任务实例的默认速度;(2)改进空间时间回收算法,根据实际负载情况动态地回收空间时间降低任务的运行速度;(3)改进空间时间转移算法,预测任务的实际负载情况预先设置速度下限值,根据该值调整未来任务需转移的运行时间,并将当前任务调整在合适的速度运行。上述算法必须保证满足截止时间的要求。   为了验证算法性能,本文在仿真平台上使用DVS策略模拟周期性实时任务的调度,其输入包括任务集说明和处理器特性参数。实验结果表明改进的空间时间回收算法在CC-EDF算法的基础上能降低15%的功耗,改进的空间时间转移算法在LA-EDF算法的基础上降低13.5%的能耗。对实际负载预测得越精确,调整转移因子可以使节能效果越好。  
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