混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，包括以下步骤:建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型；利用关键层次划分方法确定混合关键周期任务的优先级；计算出混合关键周期任务可行调度的最低速度S；计算出高关键层次任务在低模式下产生的空闲时间ST，利用该空闲时间确定处理器的执行速度Si；低关键层次任务以及高关键层次任务在低模式下始终以速度Si执行；高关键层次任务在高模式下其额外负载以最大处理器速度执行；利用动态功耗管理技术降低处理器能耗。本发明专利技术的方法通过利用高关键层次任务产生的空闲时间以及动态功耗管理技术，有效地降低系统能耗。

【技术实现步骤摘要】
混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法
本专利技术涉及混合关键系统低能耗实时调度，特别涉及一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法。
技术介绍
混合关键系统是指在同一个平台上完成多种功能且满足功耗、成本、体积限制的嵌入式实时系统。混合关键系统可以执行不同关键层次的功能。这些功能大致可以分为安全关键功能和任务关键功能。无人机就是混合关键系统的典型应用，其轨迹计算和飞行控制功能被认为是安全关键功能；而其用于监视目的的对象跟踪功能被认为是任务关键功能。由于该系统受重量和体积的限制，且用电池供电，再加上处理器技术的快速发展，能耗问题已经成为制约该系统发展的重要因素。目前针对混合关键系统的研究主要集中在系统的可行性分析上，针对混合关键系统能耗的研究相对较少，仅有的少数研究主要采用动态优先级策略调度的系统，不能够适用于固定优先级策略的调度的系统，且这些研究的能耗偏高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，利用高关键层次任务产生的空闲时间以及动态功耗管理技术，有效地降低系统能耗。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，包括：建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型；利用关键层次划分方法确定混合关键周期任务的优先级；计算混合关键周期任务可行调度的最低速度S；计算高关键层次任务在低模式下产生的空闲时间ST，利用该空闲时间确定处理器的执行速度Si；如果处理器的执行速度Si大于最低速度S，令Si＝S；低关键层次任务以及高关键层次任务在低模式下始终以速度Si执行，高关键层次任务在高模式下其额外负载以最大处理器速度执行；利用动态功耗管理技术降低处理器能耗；所述利用动态功耗管理技术降低处理器能耗，具体包括：当处理器处于空闲状态时，比较此时处理器的空闲时间与处理器速度切换开销；如果处理器空闲时间比处理器状态切换开销大时，将处理器切换到低功耗状态，直到新的周期任务释放；如果处理器空闲时间小于或等于处理器状态切换开销时，处理器依然保持空闲状态。优选的，所述建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型，具体包括：混合关键周期任务模型为由n个混合关键周期任务组成的集合Γ＝{τ1,τ2,…,τn}，每个混合关键周期任务τi(1≤i≤n,i为整数)由四元组{Ti,Di,ξi,Ci}组成，其中Ti表示混合关键周期任务τi的周期；Di表示混合关键周期任务τi的相对截止期限，且其等于Ti；ξi表示混合关键周期任务τi的关键层次，其可以表示为ξi＝{LO,HI}，混合关键周期任务τi的关键层次为LO时，其为低关键层次任务，混合关键周期任务τi的关键层次为HI时，其为高关键层次任务；Ci表示混合关键周期任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间；Ci(LO)和Ci(HI)分别表示混合关键周期任务τi在低模式和高模式下的执行时间；如果混合关键周期任务τi为低关键层次任务，则Ci(HI)＝Ci(LO)；如果混合关键周期任务τi为高关键层次任务，则Ci(HI)>＝Ci(LO)。优选的，所述利用关键层次划分方法确定混合关键周期任务的优先级，包括如下处理步骤：先按照混合关键周期任务的关键层次确定任务的优先级：关键层次越高，其优先级就越高；关键层次越低，其优先级就越低；在此基础上，按照混合关键周期任务的周期进一步确认任务的优先级：周期越短，其优先级越高；周期越长，其优先级就越低；如果任务的周期相同，任务的下标越小，其优先级越高。优选的，所述计算混合关键周期任务可行调度的最低速度S，其计算方式如下：其中，F(n)表示单调速率策略调度周期任务集的利用率上界；UEX表示高关键层次任务额外负载的利用率；表示低关键层次任务低模式下的利用率；表示高关键层次任务低模式下的利用率。优选的，所述计算高关键层次任务在低模式下产生的空闲时间ST，利用该空闲时间确定处理器的执行速度Si；如果处理器的执行速度Si大于最低速度S，令Si＝S；具体包括：空闲时间ST的计算方式如下：其中，Γ表示混合关键周期任务集，ζi表示混合关键周期任务τi的关键层次；处理器的执行速度Si的计算方式如下：其中，如果Si>S,Si＝S。优选的，所述低关键层次任务以及高关键层次任务在低模式下始终以速度Si执行，高关键层次任务在高模式下其额外负载以最大处理器速度执行；其处理步骤如下：如果任务τi是低关键层次任务，其以速度Si执行；如果任务τi是高关键层次任务，其开始以速度Si执行，当其执行时间超过时，系统将从低模式切换到高模式，所有的低关键层次任务将被取消，高关键层次任务的额外负载将以最大处理器速度执行。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的方法比现有的混合关键系统周期任务调度方法相比节约大约15.69％能耗；(2)本专利技术方法能够确保周期任务在其截止期限内完成执行；(3)混合关键系统能耗的降低，可以降低产品的生产成本，延长设备的使用时间，减少电池的更换周期。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法不局限于实施例。附图说明图1为本专利技术方法的流程图示意图；图2为本专利技术实施例的归一化能耗与高关键层次任务高模式下的利用率的仿真实验结果图。具体实施方式以下将结合本专利技术附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细描述和讨论。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1所示，本专利技术一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，包括如下步骤：步骤101：建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型。混合关键周期任务模型为由n个混合关键周期任务组成的集合Γ＝{τ1,τ2,…,τn}，每个混合关键周期任务τi(1≤i≤n,i为整数)由四元组{Ti,Di,ξi,Ci}组成，其中Ti是混合关键周期任务τi的周期；Di是混合关键周期任务τi的相对截止期限，且其等于Ti；ξi是混合关键周期任务τi的关键层次，其可以表示为ξi＝{LO,HI}，混合关键周期任务τi的关键层次为LO时，其为低关键层次任务，混合关键周期任务τi的关键层次为HI时，其为高关键层次任务；Ci为混合关键周期任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间；Ci(LO)和Ci(HI)分别为混合关键周期任务τi在低模式和高模式下的执行时间；如果混合关键周期任务τi为低关键层次任务时，其Ci(HI)＝Ci(LO)；如果混合关键周期任务τi为高关键层次任务时，其Ci(HI)>＝Ci(LO)。步骤102：利用关键层次划分方法确定混合关键周期任务的优先级。先按照任务的关键层次确定任务的优先级；关键层次越高，其优先级就越高；关键层次越低，其优先级就越低；在此基础上，按照任务的周期进一步确认任务的优先级；周期越短，其优先级越高；周期越长，其优先级就越低；如果任务的周期相同，任务的下标越小，其优先级越高。步骤103：计算混合关键周期任务可行调度的最低速度S。混合关键周期任务可行调度的最低速度S计算方式如下：其中F(n)是单调速率策略调度周期任务集的利用率上界；其由下式计算：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，其特征在于，包括：建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型；利用关键层次划分方法确定混合关键周期任务的优先级；计算混合关键周期任务可行调度的最低速度S；计算高关键层次任务在低模式下产生的空闲时间ST，利用该空闲时间确定处理器的执行速度Si；如果处理器的执行速度Si大于最低速度S，令Si＝S；低关键层次任务以及高关键层次任务在低模式下始终以速度Si执行，高关键层次任务在高模式下其额外负载以最大处理器速度执行；利用动态功耗管理技术降低处理器能耗；所述利用动态功耗管理技术降低处理器能耗，具体包括：当处理器处于空闲状态时，比较此时处理器的空闲时间与处理器速度切换开销；如果处理器空闲时间比处理器状态切换开销大时，将处理器切换到低功耗状态，直到新的周期任务释放；如果处理器空闲时间小于或等于处理器状态切换开销时，处理器依然保持空闲状态。

【技术特征摘要】
1.一种混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，其特征在于，包括：建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型；利用关键层次划分方法确定混合关键周期任务的优先级；计算混合关键周期任务可行调度的最低速度S；计算高关键层次任务在低模式下产生的空闲时间ST，利用该空闲时间确定处理器的执行速度Si；如果处理器的执行速度Si大于最低速度S，令Si＝S；低关键层次任务以及高关键层次任务在低模式下始终以速度Si执行，高关键层次任务在高模式下其额外负载以最大处理器速度执行；利用动态功耗管理技术降低处理器能耗；所述利用动态功耗管理技术降低处理器能耗，具体包括：当处理器处于空闲状态时，比较此时处理器的空闲时间与处理器速度切换开销；如果处理器空闲时间比处理器状态切换开销大时，将处理器切换到低功耗状态，直到新的周期任务释放；如果处理器空闲时间小于或等于处理器状态切换开销时，处理器依然保持空闲状态。2.如权利要求1所述的混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法，其特征在于，所述建立包括若干个混合关键周期任务的混合关键周期任务模型，具体包括：混合关键周期任务模型为由n个混合关键周期任务组成的集合Γ＝{τ1,τ2,…,τn}，每个混合关键周期任务τi(1≤i≤n,i为整数)由四元组{Ti,Di,ξi,Ci}组成，其中Ti表示混合关键周期任务τi的周期；Di表示混合关键周期任务τi的相对截止期限，且其等于Ti；ξi表示混合关键周期任务τi的关键层次，其可以表示为ξi＝{LO,HI}，混合关键周期任务τi的关键层次为LO时，其为低关键层次任务，混合关键周期任务τi的关键层次为HI时，其为高关键层次任务；Ci表示混合关键周期任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间；Ci(LO)和Ci(HI)分别表示混合关键周期任务τi在低模式和高模式下的执行时间；如果混合关键周期任务τi为低关键层次任务，则Ci(HI)＝Ci...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忆文，蒋文贤，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35