一种嵌入式系统低功耗实时任务的调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种嵌入式系统低功耗实时任务的调度方法，１．划分实时任务集中各任务的强制执行部分和可选执行部分；２．确定任务优先级队列，并选择任务优先级队列的队首为当前任务；３．运行当前任务的强制执行部分；４．当前任务的强制执行部分运行结束后，运行其可选执行部分，若当前任务运行结束或其截止时间到达，则进入步骤５；５．释放所述当前任务，若当前任务为任务优先级队列的队尾，则结束调度，否则选择任务优先级队列中当前任务的下一个任务为新的当前任务，并回到步骤３。本发明专利技术将系统任务划分为强制执行部分和可选执行部分两部分来保证系统低功耗和实时性之间的平衡，不仅使任务满足其时间限制条件，而且还可有效减少系统功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种嵌入式系统任务的调度方法，尤其是一种嵌入式 系统低功耗实时任务的调度方法。
技术介绍
对嵌入式系统来说，能耗最小化已成为系统设计过程中一个最重要也是最具有挑战性的问题。该挑战来自于以下几个因素第一，越 来越多的手持设备系统利用电池供电，因此必须通过降低功耗来延长 电池的寿命；第二，半导体工业的迅速发展在使系统集成度和时钟频 率得到显著提高的同时也导致了系统的功耗急剧上升，这将带来热量 释放的问题；第三，能量价格的上浮、绿色电器的深入人心以;^A们 对环境问题的关心程度越来越高，也进一步说明了系统低功耗设计的 重要性。目前，匿(Dynamic Power Management,动态电源管理)和DVS (Dynamic Voltage Scaling,动态电压调节)已经成为嵌入式系统设 计过程中比较通用的低功耗设计策略。由于系统在运行过程中并不会 一直处于峰值性能状态而且工作负载具有非静态性，这就为系统能耗 的自适应降低提供了可能性。DPM的本质就是根据设备工作负载的变 化来切换其工作状态，以达到系统能耗的最小化。然而，现有的DPM在这一过程中系统会在能耗和延迟方面产生不可避免的损失；如果设 备没有经历足够长的空闲状态时间，那么关闭设备不仅不会带来设备 能耗的降低，反而会带来系统能耗的增大以及性能的损失。随着商用 CMOS ( Complementary Metal-Oxide Semiconductor, 互补金属氧化物半导体)芯片电源供给技术的发展，处理器内核的工作电压已经能够 根据具体应用的时间限制发生相应变化；而高效DC-DC (Direct Current - Direct Current,直流-直流)电压转换器的出现也为处理 器内核的动态电压调节提供了条件。这些技术避免了直接关闭设备， 大大减少了系统在切换工作状态时产生的功耗，有效地弥补了DPM技术 的缺陷。同时，在一些嵌入式实时系统中任务需要满足功能性和实时 性两方面的需求，也就是说，任务的正确性不仅依赖于计算的正确性， 还依赖于它是否能够按时完成任务。基于DVS的任务调度策略可以根据 任务的紧迫程度来动态调节处理器运行电压，以达到任务实时响应时 间和系统低能耗之间的平衡。从目前公开的采用DVS的任务调度方法来看，都是基于系统硬实 时调度理论，即系统中每一个任务必须在其截止时间内产生逻辑正确 的结果，任务要么在截止时间到来前完全结束，要么完全失败。而在 实际情况中，并不是所有的实时任务都需要满足这个要求，实时任务 常常可以在较短的运行时间内获得满足用户最低需要的输出，而完全 运行则可获得最优结果。例如，在雷达跟踪系统中，对信号的处理时 间越长，被跟踪目标的坐标越精确。当任务由于某些原因没有能够在 截至时间前完成，如果输出满足用户规定的最低精度，其结果仍可以 接受。即强实时调度理论通过假设最坏情况场景来获得可预测性，常 常难以保证实际系统低功耗与实时性之间的平衡。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能保证嵌入式系统低功耗和 实时性之间平衡的嵌入式系统低功^^实时任务的调度方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 ，包括以下步骤 1. 1划分实时任务集中各任务的强制执行部分和可选执行部分，确定各任务的截止时间，并确定运^f亍所述各任务强制执行部分所需的强制执行时间；1. 2根据所述实时任务集中各任务的强制执行时间与对应任务的 截止时间确定任务优先级队列，并选择所述任务优先级队列的队首任 务为当前任务；1. 3运行所述当前任务的强制执行部分；1. 4所述当前任务的强制执行部分运行结束后，运行所述当前任 务的可选执行部分，若所述当前任务运行结束或所述当前任务的截止 时间到达，则进入步骤l. 5;1. 5释放所述当前任务，若所述当前任务为所述任务优先级队列 的队尾任务，则结束任务的调度，否则选择所述任务优先级队列中所 述当前任务的下一个任务为新的当前任务，并回到步骤l. 3。上述方案中，所述步骤l. 1中所述强制执行时间的确定是根据处 理器提供的最高速率运行所述实时任务集中各任务的强制执行部分而 得到的。上述方案中，所述步骤l. 2包括以下步骤 3. 1将所述各任务的强制执行时间与对应任务的截止时间相比 较，选择所述强制执行时间小于所述截止时间的任务组成调度任务集合；3. 2根据所述强制执行时间与所述截止时间之间的差值的绝对 值，将所述调度任务集合中各任务^l姿照所述差值的绝对值的递增顺序 得到任务优先级队列，并选择所述队列的队首任务为当前任务。上述方案中，所述步骤l. 3中运行所述当前任务的强制执行部分 的速率为处理器提供的最高速率。上述方案中，所述步骤1. 4中运行所述当前任务的可选执行部分 的速率为处理器提供的非最高速率。上述方案中，所述处理器为可变电压处理器。本专利技术的有益效果主要表现在本专利技术提供的技术方案采用将系 统任务划分为强制执行部分和可选执行部分两部分的非精确计算理论 来保证系统低功耗和实时性之间的平衡，在处理器高电压运行时首先 产生一个最低质量的输出结果，然后通过额外的低电压计算提炼这些 结果，给用户提供一个非精确但适度的可以接受的结果，这不仅使任 务满足其时间限制条件，而且还可有效减少系统功耗。即使在不可预 测的事件出现的情况下，也能保证每个任务优先输出的最^^量。实 现过程中采用简单的调度策略而无需其它的辅助结构，筒单方便。附图说明图1为本专利技术所述调度方法的流程图2为KLinux的软件体系结构图3为本专利技术一实施例的任务集调度状态图。具体实施方式本专利技术所提出的方法是嵌入式实时操作系统内核的一部分，下面以Embsys KLinux嵌入式实时操作系统，基于AMD Athlon 4处理器的 硬件平台环境为例，说明本专利技术任务调度方法的实现方案。AMD (超威半导体)的PowerNow!技术运用分段式的低频率和低电 压，能够提供了可变的处理器运行速度，大大提高了能量运用的效率。 硬件平台采用的是1. 1GHz的AMD移动Athlon 4处理器，它的核心电 压可以在1.2V到1.4V的范围内以0. 05V的增量连续变化。尽管更低 的时钟频率可以使用，但对于每个核心电压都有一个预定的最大时钟 频率。表1为Athlon 4处理器电源状态设置情况。本实施例即使用表 1所示的电源状态和电压设置。电源状态速度(MHz)电压(V)111001. 429001. 3537001. 25表 1在不同电源状态上产生的功耗可以采用CMOS功耗等式来计算，即 /^/"CT丄，等式中p是能量，f是运行频率，a是平均转换频率，C是 转换电容，Vdd是运行电压。对于相同的处理器和软件，转换容量和平 均转换频率是固定的，所以我们只需要考虑运行频率与核心电压的平 方。由表l所列数据通过计算可知，电源状态2所产生的功耗大约是 电源状态1所产生功耗的76%，电源状态3产生的功耗则占状态1的 51%,而该处理器12V的最低电源配置仅仅消耗最高电源状态20%的能 量。可见，处理器电源电压的P争低会大大减少系统功耗。嵌入式系统能量驱动的主要目标是为了在应用程序、操作系统、 底层硬件之间产生连续的对话环境，这个对话环境能够在可行的能量限制下建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式系统低功耗实时任务的调度方法，其特征在于包括以下步骤：　　　　１．１划分实时任务集中各任务的强制执行部分和可选执行部分，确定各任务的截止时间，并确定运行所述各任务强制执行部分所需的强制执行时间；　　　　１．２根据所述实时任务集中各任务的强制执行时间与对应任务的截止时间确定任务优先级队列，并选择所述任务优先级队列的队首任务为当前任务；　　　　１．３运行所述当前任务的强制执行部分；　　　　１．４所述当前任务的强制执行部分运行结束后，运行所述当前任务的可选执行部分，若所述当前任务运行结束或所述当前任务的截止时间到达，则进入步骤１．５；　　　　１．５释放所述当前任务，若所述当前任务为所述任务优先级队列的队尾任务，则结束任务的调度，否则选择所述任务优先级队列中所述当前任务的下一个任务为新的当前任务，并回到步骤１．３。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢世波，杨永田，王继刚，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]