一种多态实时任务与多态计算资源的映射方法技术

本发明专利技术公开了一种多态实时任务与多态计算资源的映射方法，包括如下步骤：以各自周期运行判断上层模态管理和任务属性决策服务的模态；更新全局任务队列；更新全局任务队列中属性发生变化的任务属性根据任务的截止期和任务关键级确定任务优先级，并唯一化；根据任务计算模式查找任务可用计算资源载体集合；按计算资源载体集合中元素优先级从高到低，逐一尝试将任务分配给处理该任务性能最好的计算资源，并确定任务的计算资源载体属性；PPC处理机将任务按EDF调度方法加入PPC任务队列；众核按照调度算法，将任务插入到众核任务队列的合适位置；本发明专利技术有效的提高系统的运行性能，多态任务调度的成功率和资源利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及嵌入式多态实时计算领域，具体涉及一种多态实时任务与多态计算资 源的映射方法。
技术介绍
嵌入式多态实时计算平台是面向航空航天等关键应用领域，针对其复杂嵌入式应 用不断变化的任务模型与计算需求而构造的底层硬件资源、中间层虚拟化资源管理软件以 及上层应用软件都具有动态可重构、自适应和智能化处理能力的计算系统。嵌入式多态实 时计算平台由PPC通用处理机（又称主控处理机）、FPGA专用逻辑处理机、众核处理机和 RapidIO交换模块四部分组成。其中PPC通用处理机、FPGA专用逻辑处理机和RapidIO交换 模块通过VPX背板互连，以串行RapidIO协议通信，PPC通用处理机与众核处理机通过千兆 以太网互连通信。 多态实时任务是指运行于多态实时计算平台，且运行过程中部分属性为适应计算 需求变化而动态改变从而呈现不同形态的任务。多态任务是对普通实时任务的扩展，因而 需要对实时任务属性的基础上进行扩展。扩展属性主要有计算载体类型（CRT)，任务关键级 (TCL)，任务执行模式（TMOD)和资源请求（RR)。四种扩展属性定义描述如下、 计算载体类型（CRT)，是指任务运行时具体使用的计算资源类型，如本文所述的嵌 入式多态计算平台共有三种计算载体类型，类型0为PowerPC处理机，类型1为FPGA专用 逻辑处理机和类型2众核处理机。 任务关键级（TCL)，是指任务正常运行对系统安全性和可靠性等性能的影响程度， 是模态转换过程中旧模态任务处理方式选择的重要依据，也是任务调度服务决策的重要因 素。 任务执行模式（TMOD)，是指系设计人员在设计系统时根据任务的数据计算规模或 数据计算方式等不同特点将任务分为的不同类型。如前文所述，嵌入式多态计算平台任务 的执行模式主要体现在FPGA任务计算规模的变化和众核任务计算模式的不同。 资源请求（RR)，是为满足当前任务计算能力而需要底层硬件提供资源的需求描 述。主要分为FPGA和GPU两类请求。对于FPGA其需求是编号、区块的长宽，对于众核而言 其需求是逻辑核数目及其模式等。 计算资源的多态性是指嵌入式多态实时计算平台的异构计算资源FPGA和众核 GTO在运行过程中根据上层应用的计算需求构造成不同的形态。 目前对嵌入式多态计算的任务与资源映射相对缺乏，多利用FPGA和众核对某些 应用进行加速处理，不涉及动态变化构造。同时，现有的FPGA分区资源管理方法采用固定 分区，一维布局，任务成功率和资源利用率较低；另外一些扫描类算法时间开销较大，不适 合实时平台。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了， 采用动态非均匀分区，二维布局的方法对FPGA资源进行分配管理，在保证实时性的同时， 提高任务调度的成功率和资源利用率。 为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为、 ，包括如下步骤、 S1、分别以各自周期运行判断上层模态管理和任务属性决策服务的模态，若模态 发生改变，转至S2 ;若模态未发生改变，但模态中某些任务属性发生改变，转至S3 ;若既未 发生模态转换，也未发生任务属性改变，转至SlO ; S2、更新全局任务队列，转至S4 ; S3、更新全局任务队列中属性发生变化的任务属性； S4、根据任务的截止期和任务关键级确定任务优先级，并唯一化； S5、根据任务计算模式查找任务可用计算资源载体集合； S6、按计算资源载体集合中元素优先级从高到低，逐一尝试将任务分配给处理该 任务性能最好的计算资源，并确定任务的计算资源载体属性；若任务被分配给PPC通用处 理机，转至S7 ;若任务被分配给众核，则转至S8 ;若任务被分配给FPGA专用逻辑处理机，则 转至S9 ; S7、PPC处理机将任务按EDF调度方法加入PPC任务队列； S8、众核按照调度算法，将任务插入到众核任务队列的合适位置； S9、FPGA按照调度算法，为任务分配可重构计算资源，将任务插入到FPGA任务队 列的合适位置； S10、按照任务队列周期性对三种类型的任务资源进行重构和运行任务； SI 1、重复以上步骤，直至系统运行结束。 其中，所述步骤S4中优先级的确定原则为：任务的松弛时间越小，任务的优先级 越高；任务松弛时间相同时，任务的关键级越高任务的优先级越高；任务松弛时间与优先 级都相同时，FPGA任务占用面积越高任务的优先级越高，众核任务占用逻辑核数目越大，优 先级越高；上述属性均相同时，任务的到达时刻早，则优先级高。 其中，所述步骤S4中唯一化的具体步骤包括：假设全局任务队列中有k个任务，按 优先级从高到低排列，可表示为T =It1，…，tm，…，t。，…，^}，其中从任务tm到任务t n 的所有任务优先级相等，则保持tm的优先级不变，然后利用公式一次计算任务t m+1到任务t k 的优先级。 其中，所述公式为：【主权项】1. ，其特征在于，包括如下步骤、 51、 分别以各自周期运行判断上层模态管理和任务属性决策服务的模态，若模态发生 改变，转至S2 ;若模态未发生改变，但模态中某些任务属性发生改变，转至S3 ;若既未发生 模态转换，也未发生任务属性改变，转至SlO ; 52、 更新全局任务队列，转至S4 ; 53、 更新全局任务队列中属性发生变化的任务属性； 54、 根据任务的截止期和任务关键级确定任务优先级，并唯一化； 55、 根据任务计算模式查找任务可用计算资源载体集合； 56、 按计算资源载体集合中元素优先级从高到低，逐一尝试将任务分配给处理该任务 性能最好的计算资源，并确定任务的计算资源载体属性；若任务被分配给PPC通用处理机， 转至S7 ;若任务被分配给众核，则转至S8 ;若任务被分配给FPGA专用逻辑处理机，则转至 S9 ； 57、 PPC处理机将任务按EDF调度方法加入PPC任务队列； 58、 众核按照调度算法，将任务插入到众核任务队列的合适位置； 59、 FPGA按照调度算法，为任务分配可重构计算资源，将任务插入到FPGA任务队列的 合适位置； S10、按照任务队列周期性对三种类型的任务资源进行重构和运行任务； Sl 1、重复以上步骤，直至系统运行结束。2. 根据权利要求1所述的，其特征在 于，所述步骤S4中优先级的确定原则为：任务的松弛时间越小，任务的优先级越高；任务 松弛时间相同时，任务的关键级越高任务的优先级越高；任务松弛时间与优先级都相同时， FPGA任务占用面积越高任务的优先级越高，众核任务占用逻辑核数目越大，优先级越高； 上述属性均相同时，任务的到达时刻早，则优先级高。3. 根据权利要求1所述的，其特征在 于，所述步骤S4中唯一化的具体步骤包括：假设全局任务队列中有k个任务，按优先级从高 到低排列，可表示为T = It1,. . .，tm，. . .，tn，. . .，tk}，其中从任务tm到任务t n的所有任务 优先级相等，则保持tm的优先级不变，然后利用公式一次计算任务t m+1到任务t k的优先级。4. 根据权利要求3所述的，其特征在 于，所述公式为： ._ fpriL - (i- m),, m< ι < η P1、Iprii - (π - mj, η < ? < k 其中，Prii表示任务t i的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多态实时任务与多态计算资源的映射方法，其特征在于，包括如下步骤、S1、分别以各自周期运行判断上层模态管理和任务属性决策服务的模态，若模态发生改变，转至S2；若模态未发生改变，但模态中某些任务属性发生改变，转至S3；若既未发生模态转换，也未发生任务属性改变，转至S10；S2、更新全局任务队列，转至S4；S3、更新全局任务队列中属性发生变化的任务属性；S4、根据任务的截止期和任务关键级确定任务优先级，并唯一化；S5、根据任务计算模式查找任务可用计算资源载体集合；S6、按计算资源载体集合中元素优先级从高到低，逐一尝试将任务分配给处理该任务性能最好的计算资源，并确定任务的计算资源载体属性；若任务被分配给PPC通用处理机，转至S7；若任务被分配给众核，则转至S8；若任务被分配给FPGA专用逻辑处理机，则转至S9；S7、PPC处理机将任务按EDF调度方法加入PPC任务队列；S8、众核按照调度算法，将任务插入到众核任务队列的合适位置；S9、FPGA按照调度算法，为任务分配可重构计算资源，将任务插入到FPGA任务队列的合适位置；S10、按照任务队列周期性对三种类型的任务资源进行重构和运行任务；S11、重复以上步骤，直至系统运行结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，高荣，周兴社，刘莹，周少丽，王博，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61