面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法及系统。所述方法包括任务调度前资源配置和任务调度，所述任务调度包括：S1、比较所有就绪任务的优先级，选择优先级最高的任务作为将要执行的任务；S2、根据任务属性判断将要执行的所述任务是否可执行低功耗操作：若是，按照低功耗模式执行所述任务，追踪所述任务的实际执行时间；若否，根据用户设置执行所述任务，追踪所述任务的实际执行时间；S3、查找补偿时间表，对产生的时间漂移进行补偿。本发明专利技术通过选择性利用低功耗操作以及实时追踪并更新任务执行时间，不仅控制了任务调度过程中的功耗，节省了能量资源，还提高了时间精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及嵌入式操作系统设计与实现
，更具体地说，涉及一种面向嵌 入式实时操作系统的功耗控制方法及系统。
技术介绍
随着计算机技术的迅猛发展和互联网技术的广泛应用，嵌入式系统(Embedded System)发挥着越来越重要的作用，它被广泛应用于制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、 汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类产品等方面。嵌入式系统是一种专用计算机系统， 它以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成 本、体积、功耗等方面的严格要求。正因为嵌入式系统的应用领域日益扩大，功能需求也逐渐增长，促使人们在嵌入 式系统中引入嵌入式操作系统，而具有实时性的嵌入式操作系统就是嵌入式操作系统中的 一个分支。对于嵌入式实时操作系统来说，除了需要满足实际应用功能需求外，更重要的是 还需要满足实际应用对实时性的要求。对于操作系统来说，最重要的是要在一定时间限制 下，调动一切可利用的软硬件资源来完成实时控制任务。嵌入式实时操作系统由于受到应 用的需要和硬件条件的限制，具有可固态化、体积小、高效、高可靠性、高实时性等特点。嵌入式实时操作系统的实时性和多任务能力在很大程度上取决于它的任务调度 算法。从调度方式上来讲，可分为可抢占式调度和不可抢占式(即合作式)调度。在抢占式(I^eemptive)调度中，目前正在运行的任务可以被别的更紧迫和更重 要的任务中断。同时，被抢占的任务在未来可以恢复运行，且不会影响到任务的整体时限约 束。抢占式调度的优点是比较灵活，其任务级的响应时间得以最优化，资源的利用率比较 高，但由于经常出现的上下文切换(ContextSwitch)使得其系统开销较大，可预测性比较 低。而非抢占式调度，即合作式(Cooperative)调度，不允许正在运行的任务被别的 任务中断，任务一旦占有了处理器便会一直运行直至完成。比较适合于任务运行时间都比 较短的系统。其优点是省去了进行上下文切换的开销，在任意时刻只有一个任务是活动的， 而且该任务运行直到完成，具有更好的可预测性，可靠性，更易于测试，但调度没有抢占式 调度那样灵活，对资源的利用率也相对较低。而在很多情况下，嵌入式系统需要在有限的能量消耗下完成尽量多的任务，工作 尽量长的时间，因此对嵌入式系统采用一些低功耗节能的方法是十分有必要的。除了一些 硬件设计及代码优化上的手段之外，在操作系统层面，通常是采用功率调节的方法。具体来 讲，就是通过在操作系统执行过程中，根据执行的任务负载、截止时间等情况，在保证任务 及时完成的情况下，改变系统的执行频率及工作电压，达到节省能耗的目的。又因为硬件资源条件的限制，对嵌入式系统的工作频率及电压，不能够做到线性 的调节，因此只能有针对性的设置一系列离散的电压和频率组合，满足不同任务对处理速 度的需求。大多数当前的操作系统低功耗策略往往都是通过与任务相关的一系列参数，采用 离线或者在线的方式，对就绪或者执行中的任务进行功耗的调节。这些基于实时操作系统的低功耗策略在任务调度上各有不同，但是都没有在低功 耗调节的前提下，做到对任务时间的精确追踪以及补偿，使得执行任务的时间精确度有限。 如果在调度时采用低功耗的操作，就不可避免的引入时间漂移，导致实时操作系统的时间 精确程度下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术在低功耗调度任务时影响实时性的 缺陷，提供一种时间精确度高且功耗低的面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法及系 统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法，包括任务调度前资源配置和 任务调度，所述任务调度包括Si、比较所有就绪任务的优先级，选择优先级最高的任务作为将要执行的任务；S2、根据任务属性判断将要执行的所述任务是否可执行低功耗操作若是，按照低功耗模式执行所述任务，追踪所述任务的实际执行时间；若否，根据用户设置执行所述任务，追踪所述任务的实际执行时间；S3、查找补偿时间表，对产生的时间漂移进行补偿。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，所述低功耗模式包括根据所述任务的最坏情况下的工作量、任务开始时间、任务截止时间以及与操作 系统相关的常数计算低功耗策略下的任务执行速度；将所述任务执行速度与预先设置的速度模式进行比较，选取在保证任务完成的前 提下，能够实现最低执行速度的一组工作电压和频率的配对；根据所选工作电压和频率调节执行所述任务的速度。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，所述任务的最坏情况下的工 作量的计算方法包括根据执行速度计算任务最坏执行时间；通过预设的工作量估算模型，根据工作电压、工作频率、任务最坏执行时间以及与 操作系统相关的常数计算所述任务的工作量。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，步骤Sl还包括判断任务类 型，若所述任务是合作式任务，则对所述任务进行中断保护，即屏蔽所述任务执行过程中的 所有中断。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，还包括有中断产生时，判断 正在执行的所述任务的类型若所述任务为合作式任务，继续执行所述任务，并将所述中断对应的中断任务作 为就绪任务列入就绪表中；若所述任务为抢占式任务，比较所述任务与所述中断的优先级，若所述任务的优 先级较高，继续执行所述任务，并将所述中断任务作为就绪任务列入就绪表中。5本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，当所述任务为抢占式任务 时，若所述中断的优先级较高保存当前执行的所述任务的上下文以及当前已经执行时间；切换所述中断任务为将要执行的任务；判断所述中断任务是否可执行低功耗操作，若是，根据所述中断任务的工作量、中 断任务开始时间、中断任务截止时间以及与操作系统相关的常数计算低功耗策略下的中断 任务执行速度，并比较所述中断任务执行速度和当前任务执行速度，判断是否需要更改任 务执行速度，若否，则保持当前任务执行速度执行所述中断任务，并追踪所述中断任务的执行 时间；若是，则将所述中断任务执行速度与预先设置的速度模式进行比较，选取在保证 中断任务完成的前提下，能够实现最低执行速度的一组工作电压和频率的配对，根据所选 工作电压和频率调节执行所述中断任务的速度，追踪所述中断任务的执行时间，并对所述 中断任务进行时间补偿；中断任务执行完后，恢复被中断任务的上下文，继续执行被中断任务，并追踪随后 所述被中断任务的执行时间。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，所述继续执行被中断任务包 括根据被打断前所述被中断任务已经被执行的时间计算任务剩余的工作量；根据所述中断任务的实际执行完毕时间和所述被中断任务的截止时间计算所述 被中断任务的实际可用时间；根据所述被中断任务的剩余工作量和实际可用时间判断并调节任务执行速度，继 续执行所述被中断任务。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，所述任务调度前资源配置具 体包括创建任务；根据预设的分类方式将任务进行分类，所述分类方式包括基于关键程度和/或基 于执行时间需求；建立并初始化就绪表；建立并初始化优先级判定表；建立并初始化中断优先级表；安装时钟节拍中断。本专利技术面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法中，还包括任务执行完毕后，更新所述任务的执行时间，并根据所述任务本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法，包括任务调度前资源配置和任务调度，其特征在于，所述任务调度包括：Ｓ１、比较所有就绪任务的优先级，选择优先级最高的任务作为将要执行的任务；Ｓ２、根据任务属性判断将要执行的所述任务是否可执行低功耗操作：若是，按照低功耗模式执行所述任务，追踪所述任务的实际执行时间；若否，根据用户设置执行所述任务，追踪所述任务的实际执行时间；Ｓ３、查找补偿时间表，对产生的时间漂移进行补偿。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，冯然，
申请(专利权)人：深圳市民德电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94