【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于实时操作系统调度，涉及面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法。
技术介绍
1、实时系统作为计算系统具有严格的时间约束，其正确性不仅取决于计算结果的值，还取决于结果产生的时间，计算超时可能会使计算结果变得无效甚至危害系统。当前实时系统已经广泛应用到各个领域，如自动驾驶汽车，飞行控制系统、工业机器人等。而航天器系统作为典型的实时系统，具有强实时、高可靠的特性，即要求所有运行在系统上的任务都应在其截止期前完成执行，否则可能会导致灾难性的后果，因此航天器系统也被称为强实时系统(hard real-time system)。当前航天器系统中的任务主要是固定点任务，如传感器数据采集、轨道计算等，但随着空间任务的复杂化和智能化，系统中的任务类型从单一的固定点任务变为了多种任务类型混合，如固定点任务与定期(periodic)任务及间歇(sporadic)任务混合，此外一般由外部事件触发的零散(aperiodic)任务也可能会在系统运行时请求加入执行。此时传统的基于表的调度技术已无法解决该场景下的任务调度问题。而动态加载技术在空间操作系统的应用又带了新的难题，由于新任务在系统运行时动态地加入到系统中，因此系统需要在线分析整个任务集的调度及可调度性判定问题，一般称该过程为准入控制(admission control)。由于准入控制本身也需要占用处理器时间，因此若该过程时间开销过大，则会影响其他已有任务的执行，从而可能导致整个任务集不可调度；若采用的准入控制方法分析精度不足，也可能导致任务集可调度率较低，出现新任务频繁被拒绝的
2、目前针对混合实时任务调度的一些经典方法有带宽保留法、后台调度法等，这些方法考虑的零散任务类型为准(firm)实时任务或软(soft)实时任务，即允许任务偶尔错过其截止期。因此无法应用于具有强实时特性的航天器系统。此外针对固定点任务与其他任务类型混合调度的算法，如周期虚拟缩减等，大多仅考虑了两种任务类型，未对在系统运行时随机到达的零散任务加以考虑，且无法很好的平衡算法时间开销及任务集可调度率。
3、综上所述，需要在航天器这类高安全关键且具有强实时特性的开放式系统环境中，针对动态载入的零散任务设计分析精度更为精准且更能满足系统实时性需求的准入控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：基于航天器系统自身特性及实际任务需求，针对现有方法存在的不足，提出面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，在保证系统实时性与可靠性的前提下，根据任务需求动态选择判定策略，提升任务集可调度率，并节省计算开销。
2、本专利技术解决技术的方案是：通过对实时任务进行数学建模以精准描述任务特性。针对现有准入控制方法无法很好的兼顾时间开销及任务集可调度率的问题，引入“任务关键等级”使得系统可在零散任务到达时根据系统需求动态选择可调度性判定策略。本专利技术所提方法相较于现有算法，在计算给定区间内固定点任务执行时间时，减少了计算次数，从而降低了时间开销，并通过对系统运行时任务实例信息的记录提升了分析精度，进而提高了任务集可调度率。
3、具体地，本专利技术提出一种面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，包括以下步骤：
4、s1、基于任务的时间特性，分别为固定点任务、间歇任务及零散任务进行数学建模定义；
5、s2、采用基于固定优先级驱动的动态抢占式调度策略，对步骤s1定义的三类任务分配优先级，并使用dm调度算法分别为每个间歇任务和每个零散任务分配优先级；
6、s3、对于新到达的零散任务采用干扰时间上界方法判定其可调度性：在零散任务的调度窗口内，计算全部固定点任务、全部间歇任务以及优先级更高的零散任务产生的干扰时间总和，判断“干扰时间总和加上零散任务本身的执行时间”与调度窗口的大小关系，若“干扰时间总和加上零散任务本身的执行时间”小于等于调度窗口的大小，则判定该零散任务不会错过其截止期，此时需要重新对尚未执行完的低优先级零散任务进行可调度性判定，若这些低优先级零散任务仍然可调度，则判定整个任务集可调度，将新到达的零散任务加入系统中与其他任务一起调度运行，判定结束，否则，进入步骤s4；其中，所述全部间歇任务的干扰时间通过干扰时间上界函数计算；
7、s4、比较新到达的零散任务关键等级与系统平均关键等级之间的大小关系，若新到达的零散任务关键等级大于系统平均关键等级，进入步骤s5，否则，拒绝该新到达的零散任务加入系统运行；
8、s5、对于新到达的零散任务采用响应时间分析方法判定其可调度性：使用响应时间分析方法迭代计算零散任务的最坏响应时间，判断零散任务的最坏响应时间与零散任务调度窗口长度的大小关系，若零散任务的最坏响应时间小于等于调度窗口长度，将新到达的零散任务加入系统中与其他任务一起调度运行，判定结束，否则，拒绝该新到达的零散任务加入系统执行。
9、进一步的，所述固定点任务采用如下四元组进行建模定义：
10、fi＝(ri,c1i,d1i,tc)
11、其中，fi表示第i个固定点任务，ri表示该固定点任务在当前周期内相对于周期起点的到达偏移，c1i表示固定点任务的最坏执行时间，d1i表示任务的相对截止期，tc为系统控制周期。
12、进一步的，所述间歇任务采用如下九元组进行建模定义：
13、
14、其中，si表示第i个间歇任务，任务的一次执行称为任务实例，表示第k个任务实例，c2i表示间歇任务的最坏执行时间，d2i表示间歇任务的相对截止期，ti表示连续两个任务实例间最小的到达间隔，d2i≤ti；l1i为间歇任务的关键等级，表示若该任务得不到执行或执行失败时对系统产生的危害程度；arik,和fik分别表示第k个任务实例的到达时间、绝对截止期以及完成时间；arik初值为-1，表示si还未产生任意一个任务实例，fik初值为一个极大值，表示当前任务实例仍未执行结束；表示第k个任务实例剩余执行时间，初始值为c2i。
15、进一步的，所述零散任务采用如下六元组进行建模定义：
16、ai＝(l2i,c3i,ari,ei,fi,di)
17、其中，ai表示第i个零散任务，l2i为第i个零散任务的关键等级，c3i表示第i个零散任务的最坏执行时间，ari,di,fi分别表示第i个零散任务的到达时间、绝对截止期以及完成时间，ei表示第i个零散任务的剩余执行时间，初值为c3i；定义零散任务ai的调度窗口为[ari,di]，若在该区间内受到高优先级任务抢占的情况下，零散任务的执行需求c3i无法得到满足，则称该零散任务错过其截止期，不可调度。
18、进一步的，所述对步骤s1定义的三类任务分配优先级，具体为：
19、任意固定点任务的优先级均大于间歇任务及零散任务；
20、任意间歇任务的优先级大于零散任务，小于固定点任务；
21、零散任务优先级最低，在系统运行时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述固定点任务采用如下四元组进行建模定义：
3.根据权利要求2所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述间歇任务采用如下九元组进行建模定义：
4.根据权利要求3所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述零散任务采用如下六元组进行建模定义：
5.根据权利要求4所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述对步骤S1定义的三类任务分配优先级，具体为：
6.根据权利要求5所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，S3在零散任务的调度窗口内，计算全部固定点任务产生的干扰时间，具体包括：
7.根据权利要求6所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，S3在零散任务的调度窗口内，计算全部间歇任务产生的干扰时间，具体包括：<...
【技术特征摘要】
1.面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述固定点任务采用如下四元组进行建模定义：
3.根据权利要求2所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述间歇任务采用如下九元组进行建模定义：
4.根据权利要求3所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述零散任务采用如下六元组进行建模定义：
5.根据权利要求4所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，所述对步骤s1定义的三类任务分配优先级，具体为：
6.根据权利要求5所述的面向空间应用的混合实时任务调度及两级准入控制方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔磊，宋程昊，刘洪标，张锦坤，刘波，陈熙，苗蕾，杨建宇，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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