[发明专利]面向嵌入式实时操作系统的功耗控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式操作系统设计与实现技术领域，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。

背景技术

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(Preemptive)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。

发明内容

本发明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。

本发明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：

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。