一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法技术

本发明专利技术提供了一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法，属于实时系统技术领域。本发明专利技术提出一种基于概率性最坏情况执行时间整形的概率性实时任务调度方案，以达到适当隔离概率性实时任务之间的影响并降低系统可调度性分析计算复杂度的目标。本发明专利技术对概率性实时任务的pWCET进行整形并基于整形后的pWCET进行执行预算分配，在满足各个任务的概率性实时需求的同时，可以适当隔离概率性实时任务之间的影响，使整个任务集合的可调度性显著提高。此外，整形后的pWCET的值数比原有的pWCET明显降低，能够降低可调度性分析的计算复杂度，显著提高效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法
本专利技术属于实时系统
，尤其涉及一种基于概率性最坏情况执行时间(probabilisticWorstCaseExecutionTime，简称pWCET)整形的概率性实时任务调度方法。
技术介绍
随着芯片技术的飞速发展，高性能微处理器越来越广泛地应用于安全关键领域(如航空电子、汽车、工业控制等)，以满足安全关键领域中急剧增长的计算密集型负载的需求。虽然高性能微处理器可以降低任务的平均执行时间，但由于处理器架构的复杂性，导致某些任务的最坏情况执行时间(WorstCaseExecutionTime，简称WCET)较大，因此需要较高的超量配置(Over-provisioning)来满足系统的实时性需求。为了缓解超量配置问题，提高资源的利用率，同时满足实时性需要，可以利用概率的方法来解决WCET的不确定性问题。此外，安全关键系统倾向于在共享平台上集成多个拥有不同安全性要求的功能，而安全性需求通常基于故障概率进行认证。例如，在民用航空电子标准DO-178C中，根据每小时运行的故障率确定了五个安全等级。对于最高完整性级别的商用机载系统，认证机构要求系统组件每小时的最大允许故障率为10-9。因此，为以概率形式描述WCET的概率性实时系统提供安全高效的调度策略至关重要，从而在满足系统的概率性实时需求的同时实现资源的高效利用。对于拥有确定性WCET的周期性实时任务的固定优先级调度问题，Liu和Layland对速率单调(RateMonotonic，简称RM)调度算法的最优性进行了分析。近年来，Maxim等人针对单处理器平台研究了拥有概率性WCET的实时任务的固定优先级分配问题，提出了基于Audsley算法的优先级分配方法。Audsley算法对于确定性WCET的实时任务来说是最优的固定优先级分配方法，但是对于拥有概率性WCET的实时任务来说，由于它没有考虑任务之间隔离性和任务的概率性实时需求，系统的资源利用率无法得到保证。先前的解决方案主要存在两方面的缺陷。首先，它们不能保证概率性实时任务之间的适当隔离。由于高优先级任务对低优先级任务的干扰，考虑到任务的概率性实时需求时，整个系统的可调度性会明显降低。第二，在可调度性分析中，直接使用了任务的概率性最坏情况执行时间(probabilisticWorstCaseExecutionTime，简称pWCET)估计中的所有值。但是，概率性实时系统的响应时间分析的复杂度相对于任务数和pWCET估计的值数呈指数关系，而实际应用中pWCET估计可能涉及几千个值，这使得可调度性分析的计算复杂度非常高。鉴于上述已有研究方案的不足，本专利技术通过基于pWCET整形的执行预算分配来减少概率实时系统异常作业时间性行为的传播，提出一种可以克服上述问题的概率实时任务调度的pWCET整形方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种基于概率性最坏情况执行时间整形的概率性实时任务调度方案，以达到适当隔离概率性实时任务之间的影响并降低系统可调度性分析计算复杂度的目标。本专利技术的技术方案：一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法，步骤如下：步骤1、分配任务优先级采用RM固定优先级分配方法，把任务集合中的任务按照任务周期从小到大的顺序排列，周期越小，任务优先级越高；步骤2、基于概率性最坏情况执行时间整形计算每个概率性实时任务的执行预算对任务集合按照优先级从高到低的顺序排列，依次计算每个任务的执行预算，对于排序为i的概率性实时任务τi，周期为Ti，截止期为Di，其中Di＝Ti，任务错过截止期的概率性需求为概率性最坏情况执行时间pWCET为：其中，为最坏情况执行时间为的概率，并且为从小到大排列；任务τi的执行预算Bi的计算方法为：步骤2.1、找到一个最小的使其满足计算优先级大于τi的所有任务以及τi的累计利用率如果U≤i(21/i-1)则然后执行步骤2.3，如果U>i(21/i-1)则执行步骤2.2；步骤2.2、计算任务τi的WCET为的作业的满足截止期概率如果存在使得那么然后执行步骤2.3，如果满足条件的不存在，则说明任务集合是不可调度的，调度失败；步骤2.2.1、计算任务τi的作业在其他任务都执行一个作业时的概率性响应时间：定义两个概率性最坏情况执行时间和的卷积运算为和中的最坏执行时间分别两两相加，其对应的概率相乘，假如两个pWCET的最坏情况执行时间数量分别为o和u，计算得到列数为o×u的矩阵，然后合并最坏执行时间相同的列，即最坏情况执行时间不变，概率相加；以上定义的卷积运算计算WCET的作业在其他任务都执行一个作业时的初始概率性响应时间：然后为优先级高于任务τi的每个任务τt设置一个变量preemptt来记录任务τi的作业完成之前任务τt的作业到达次数(抢占次数)，其初始值为1，初始化为0；步骤2.2.2、删除中响应时间大于任务τi的周期(截止期)的列，即若存在则删除和px，删除之后如果为空，则结束运算，否则执行步骤2.2.3；步骤2.2.3、选择中最小的响应时间列设置一个抢占标记noPreempt＝TRUE，对于优先级大于任务τi的每个任务τt执行以下计算：如果numPreempt>preemptt则标记noPreempt＝FALSE，然后对与每个高优先级任务τt整形后的概率性最坏情况执行时间进行numPreempt-preemptt次卷积计算：然后删除中响应时间大于任务τi的周期(截止期)的列，即若存在则删除和px，删除后如果为空，则为当前值，运算结束；否则preemptt的值更新为numPreempt的值；对于优先级高于任务τi的每个任务τt执行完上述操作后判断noPreempt＝TRUE是否成立，如果成立，则计算从中删除的列；步骤2.2.4、循环执行步骤2.2.3，直到为空，则最终的值即为所求任务τt的WCET为的作业满足截止期的概率值；步骤2.3、确定Bi的值后，假设计算整形后的概率性WCET用于较低优先级任务执行预算的计算：步骤3、基于执行预算的概率性实时任务集合调度方案对于一个任务集合，每个任务根据任务优先级进行调度；如果低优先级的任务作业正在执行，高优先级任务的作业到来，则高优先级任务作业对资源进行抢占；高优先级任务作业执行结束后，若低优先级任务的作业没有错过截止期则继续执行，如果错过截止期则本作业失败，等待下一个作业到达；每个任务的执行时间不大于其执行预算，如果某任务的一个作业的执行时间达到执行预算，则此作业停止执行，如果执行预算未用完，则用于执行其它任务。本专利技术的有益效果：本专利技术对概率性实时任务的pWCET进行整形并基于整形后的pWCET进行执行预算分配，在满足各个任务的概率性实时需求的同时，可以适当隔离概率性实时任务之间的影响，使整个任务集合的可调度性显著提高。此外，整形后的pWCET的值数比原有的pWCET明显降低，能够降低可调度性分析的计算复杂度，显著提高效率。附图说明图1为在时间间隔[0,10]上的同步到达序列模拟(τ2满足截止期情况)；图2为在时间间隔[0,10]上的同步到达序列模拟(τ2错过截止期情况)；图3为在时间间隔[0,10]上的同步到达序列模拟(τ2可调度情况)；图4为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法，其特征在于：步骤如下：步骤1、分配任务优先级采用RM固定优先级分配方法，把任务集合中的任务按照任务周期从小到大的顺序排列，周期越小，任务优先级越高；步骤2、基于概率性最坏情况执行时间整形计算每个概率性实时任务的执行预算对任务集合按照优先级从高到低的顺序排列，依次计算每个任务的执行预算，对于排序为i的概率性实时任务τi，周期为Ti，截止期为Di，其中Di＝Ti，任务错过截止期的概率性需求为

【技术特征摘要】
1.一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法，其特征在于：步骤如下：步骤1、分配任务优先级采用RM固定优先级分配方法，把任务集合中的任务按照任务周期从小到大的顺序排列，周期越小，任务优先级越高；步骤2、基于概率性最坏情况执行时间整形计算每个概率性实时任务的执行预算对任务集合按照优先级从高到低的顺序排列，依次计算每个任务的执行预算，对于排序为i的概率性实时任务τi，周期为Ti，截止期为Di，其中Di＝Ti，任务错过截止期的概率性需求为概率性最坏情况执行时间pWCET为：其中，为最坏情况执行时间为的概率，并且为从小到大排列；任务τi的执行预算Bi的计算方法为：步骤2.1、找到一个最小的使其满足计算优先级大于τi的所有任务以及τi的累计利用率如果U≤i(21/i-1)则然后执行步骤2.3，如果U>i(21/i-1)则执行步骤2.2；步骤2.2、计算任务τi的WCET为的作业的满足截止期概率如果存在使得那么然后执行步骤2.3，如果满足条件的不存在，则说明任务集合是不可调度的，调度失败；步骤2.2.1、计算任务τi的作业在其他任务都执行一个作业时的概率性响应时间：定义两个概率性最坏情况执行时间和的卷积运算为和中的最坏执行时间分别两两相加，其对应的概率相乘，假如两个pWCET的最坏情况执行时间数量分别为o和u，计算得到列数为o×u的矩阵，然后合并最坏执行时间相同的列，即最坏情况执行时间不变，概率相加；以上定义的卷积运算计算WCET的作业在其他任务都执行一个作业时的初始概率性响应时间：然后为优先级高于任务τi的每个任务τt设置一个变量preemptt来记录任务τi的作业完成之前任务τt的作业到达次数(抢占次数)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：任健康，宿晓燕，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21