一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法技術

本發明專利技術涉及一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法。本發明專利技術在任務集調度之前，計算資源限制的周期任務集的最小運行速度ST；任務Ti在調度時，計算出任務Ti的執行截止期限EDi，利用修改的最早截止期限調度策略調度任務；選出要縮放速度的任務；計算任務Ti的靜態空閑時間SST，回收任務提早完成產生的空閑時間以及預留給恢復任務沒有使用的時間(DST)；當任務可利用的空閑時間大于其最壞情況下的執行時間時，調節任務Ti的運行速度；否則任務Ti以最大的處理器速度運行。本發明專利技術不僅能夠回收任務的靜態空閑時間和任務提早完成產生的空閑時間，而且能夠利用預留給恢復任務沒有使用的時間，比現有算法節約2.21％～30.52％的能耗且系統可靠性得到大大的提升。

A low power consumption scheduling method based on dynamic voltage regulation technology

The invention relates to a low power consumption scheduling method based on dynamic voltage regulation technology. The present invention before the set of tasks scheduling of periodic tasks, computing resources limit set the minimum operating speed of ST; Ti in task scheduling, task execution calculated Ti deadline EDi, using the earliest deadline scheduling strategy of scheduling tasks to modify the selected task; zoom speed; static idle time SST calculation task Ti the early completion of the task, recovery time and recovery tasks for free without the use of the time (DST); when the task can use the idle time is greater than the worst-case execution time, adjust the running speed of the Ti task; otherwise the task to the largest Ti processor speed. The invention can not only recycle the static idle time and the early completion of the task of free time, but also can be used for recovery tasks without the use of the time, compared with the existing algorithms to save 2.21% to 30.52% of the energy consumption and the reliability of the system has been greatly improved.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及實時系統領域資源限制周期任務的實時調度，具體的說是一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法。
技術介紹
對于關鍵安全的實時系統而言，實時性和可靠性是其基本特征。它要求系統能夠在規定的時間內完成任務的執行，而且在系統出現錯誤時，還能夠確保任務的正確執行。目前用于確保系統可靠性的方法通常是采用容錯的手段，也就是系統發生錯誤時，能夠及時的捕捉到錯誤，而且還能夠預留出足夠的時間，確保發生的錯誤的任務能夠重新執行。目前常用主副版本技術和基于檢查點的回卷恢復技術來實現容錯。所謂的主副版本技術是指任務在執行過程中有兩個版本，一個為主版本，一個為副版本；任務先執行主版本，任務順利執行時，撤銷其副版本；當任務執行失敗時，執行副版本；這樣能夠確保任務順利的執行。所謂的檢查點回卷恢復技術是指在任務調度之前插入一定數量的檢查點，通過錯誤檢測技術，檢測到錯誤后，任務從最近的檢查點恢復執行。目前常用動態電壓調節(DVS)技術來降低系統能耗。DVS技術是在保證系統性能的前提下，利用空閑時間調節處理器的運行速度以達到降低能耗的目的。現有的可靠性低功耗調度算法，利用檢查點機制確保系統可靠性，也就是當任務在執行過程中發生錯后時，重新執行出錯的任務。但這些可靠性低功耗調度算法只針對相互獨立的周期任務模型，沒有考慮周期任務之間的資源共享問題且忽略了速度對系統可靠性造成的影響。
技術實現思路
針對現有可靠性低功耗調度算法的不足之處，本專利技術要解決的技術問題是提供一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，既考慮了處理器的動態功耗，也考慮了處理器的靜態功耗；既能夠回收任務的靜態空閑時間，又能夠回收任務提早完成產生的空閑時間以及預留給恢復任務沒有使用的時間；且利用DVS技術降低系統能耗。本專利技術為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，包括以下步驟：計算資源限制的周期任務集的最小運行速度ST；任務Ti在調度時，計算出任務Ti的執行截止期限EDi，利用修改的最早截止期限調度策略調度任務；在周期任務集中選出要縮放速度的任務；計算任務Ti的靜態空閑時間SST，回收任務提早完成產生的空閑時間與預留給恢復任務沒有使用的時間之和DST；當任務可利用的空閑時間大于其最壞情況下的執行時間時，調節任務Ti的運行速度；否則任務Ti以最大的處理器速度運行。所述資源限制的周期任務集的最小運行速度為：ST＝LSRT+SNRT其中，LSRT為所有有資源需求的任務的最小運行速度中的最大值，SNRT為沒有資源需求任務的最小運行速度。所述任務Ti的執行截止期限的計算方法為：其中，tri為任務Ti的釋放時刻，pi為任務Ti的周期，tsi為任務Ti的開始執行時刻，Pi為所有共享資源Ri的任務的最小周期。所述選出要縮放速度的任務的方法如下：以周期任務集中周期最小的任務作為要縮放速度的任務；當周期最小的任務數大于1時，隨機選擇其中一個任務作為要縮放速度的任務。所述任務Ti的靜態空閑時間SST為：SST＝(1-ST)*(EDi-tb)其中，ST為資源限制的周期任務集的最小運行速度，EDi為任務Ti的執行截止期限，tb為任務Ti的釋放時刻。所述回收任務提早完成產生的空閑時間與預留給恢復任務沒有使用的時間之和DST為：其中，remi為任務Ti的剩余執行時間，wi為任務Ti的最壞情況下的剩余執行時間，ei為任務Ti最壞情況下的執行時間，xi表示任務能否執行成功，當任務順利完成時，xi＝1；否則xi＝0；n代表周期任務集中任務的數量。所述調節任務Ti的運行速度，具體為：設置任務Ti的運行速度為：其中，SST為任務Ti的靜態空閑時間，DST為回收任務提早完成產生的空閑時間與預留給恢復任務沒有使用的時間之和，remi為任務Ti的剩余執行時間，wi為任務Ti的最壞情況下的剩余執行時間，ei為任務Ti最壞情況下的執行時間。本專利技術具有以下優點及有益效果：1.采用本專利技術方法，既能夠回收任務的靜態空閑時間，又能夠回收任務提早完成產生的空閑時間以及預留給恢復任務沒有使用的時間；從而比現有的可靠性低功耗調度方法節約2.21％～30.52％的能耗。2.采用本專利技術的方法，系統的出錯率為現有方法的2.11E-5倍，系統出錯率大大降低，系統可靠性得到大大的提升。3.系統能耗的降低，可以降低產品的生產成本，有助于提高企業的競爭力。附圖說明圖1為本專利技術方法處理步驟流程圖；圖2為歸一化能耗與系統利用率的仿真實驗結果圖；圖3為出錯概率與系統利用率的仿真實驗結果圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本專利技術做進一步的詳細說明。參見附圖1，是一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，包括如下步驟：在任務集調度之前，計算資源限制的周期任務集的最小運行速度ST；任務Ti在調度時，計算出任務Ti的執行截止期限EDi，利用修改的最早截止期限調度策略調度任務；選出要縮放速度的任務；計算任務Ti的靜態空閑時間SST，回收任務提早完成產生的空閑時間以及預留給恢復任務沒有使用的時間之和DST；當任務可利用的空閑時間大于其最壞情況下的執行時間時，調節任務Ti的運行速度；否則任務Ti以最大的處理器速度運行。對本專利技術進一步說明：在任務集調度之前，計算資源限制的周期任務集的最小運行速度ST；其處理步驟如下：資源限制的周期任務集T被劃分為兩個子集：有資源需求的任務集合用RT和沒有資源需求的任務集合NRT。在集合NRT中任務沒有資源的需求，其最小的運行速度SNRT由下式給出：其中ui表示任務Ti的利用率；有資源需求的任務Ti的最小運行速度為SRT(i)由下式計算：其中表示共享資源的任務的最小周期，pi表示任務Ti的周期，L是實數；ei表示任務Ti的最壞情況下的執行時間，ej任務Tj的最壞情況下的執行時間；pj表示任務Tj的周期；所有有資源需求的任務的最小運行速度LSRT，其值可以由下式計算：其中，ri代表任務Ti的資源需求，n代表任務集任務的個數；因此，資源限制的周期任務集T的最小運行速度ST可以由下式給出：ST＝LSRT+SNRT其中，LSRT為所有有資源需求的任務的最小運行速度，SNRT為沒有資源需求任務的最小運行速度。任務Ti在調度時，計算出任務Ti的執行截止期限EDi，利用修改的最早截止期限調度策略調度任務；其處理步驟如下：使用修改的最早截止期限調度策略時，每個任務Ti具有兩個截止期限：初始截止期限(IDi)和執行截止期限(EDi)；IDi是根據EDF調度策略分配的截止期限；而EDi是任務被調度執行時分配的截止期限；任務始終根據EDF調度策略進行調度，也就是說截止期限越近，它的優先級就越高，優先級高的任務優先調度；任務剛釋放時，執行截止期限等于其初始截止期限，EDF策略始終根據執行截止期限進行調度；對于沒有資源需求的任務而言，其執行截止期限始終等于其初始截止期限；而對于有資源需求的任務而言，其初始截止期限和執行截止期限的計算方法如下：對于周期任務Ti它的釋放時刻用tri表示，開始執行時刻用tsi表示。則其初始截止期限IDi＝tri+pi，其執行截止期限其中Pi為所有共享資源Ri的周期任務的最小周期，其值為選出要縮放速度的任務；其處理步驟如下：將任務集中周期最短的任務選本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，其特征在于，包括以下步驟：計算資源限制的周期任務集的最小運行速度ST；任務Ti在調度時，計算出任務Ti的執行截止期限EDi，利用修改的最早截止期限調度策略調度任務；在周期任務集中選出要縮放速度的任務；計算任務Ti的靜態空閑時間SST，回收任務提早完成產生的空閑時間與預留給恢復任務沒有使用的時間之和DST；當任務可利用的空閑時間大于其最壞情況下的執行時間時，調節任務Ti的運行速度；否則任務Ti以最大的處理器速度運行。

【技術特征摘要】
1.一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，其特征在于，包括以下步驟：計算資源限制的周期任務集的最小運行速度ST；任務Ti在調度時，計算出任務Ti的執行截止期限EDi，利用修改的最早截止期限調度策略調度任務；在周期任務集中選出要縮放速度的任務；計算任務Ti的靜態空閑時間SST，回收任務提早完成產生的空閑時間與預留給恢復任務沒有使用的時間之和DST；當任務可利用的空閑時間大于其最壞情況下的執行時間時，調節任務Ti的運行速度；否則任務Ti以最大的處理器速度運行。2.根據權利要求1所述的一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，其特征在于，所述資源限制的周期任務集的最小運行速度為：ST＝LSRT+SNRT其中，LSRT為所有有資源需求的任務的最小運行速度中的最大值，SNRT為沒有資源需求任務的最小運行速度。3.根據權利要求1所述的一種基于動態電壓調節技術的可靠性低功耗調度方法，其特征在于，所述任務Ti的執行截止期限的計算方法為：其中，tr...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張憶文，郭銳鋒，段立明，鄧昌義，
申請(專利權)人：沈陽高精數控智能技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：遼寧;21