[发明专利]嵌入式系统RM低功耗调度中松弛时间在线重分配方法

摘要

本发明公开了一种嵌入式系统RM低功耗调度中松弛时间在线重分配方法。该发明基于一个RM的任务调度模型，采用RM调度方法确保调度的实时性。本发明通过对任务集运行时松弛时间进行收集，并在低优先级的任务间将收集的松弛时间进行重分配，解决调度模型与实际运行之间的差别。然后在运行的过程中利用实时动态调频调压技术，根据松弛时间重分配后与任务最坏运行时间之间的比值，调整处理器电压频率，达到低功耗调度的目的。

主权项

1.一种嵌入式系统RM低功耗调度中松弛时间在线重分配方法，其特征在于：1)RM实时调度任务模型：RM实时调度任务模型采用任务按单调速率优先级分配的调度算法，称为单调速率调度；它根据任务的执行周期的长短来决定调度优先级，那些具有小的执行周期的任务具有较高的优先级，周期长的任务优先级低；在RM实时调度模型中，每个任务Ti需要采用三个参数表示：任务执行周期Pi、任务最坏执行时间Gi、任务完成的最终期限Di，其中下标i为任务的编号；在RM实时调度模型中任务集{T1，…TN}是在调度之前已经确定的，即任务数N是确定的、任务集中每个的任务执行周期Pi的单位为毫秒ms；任务集中任务最坏执行时间C的单位为毫秒ms；任务集中每个任务完成的最终期限D的单位为毫秒ms；根据RM实时模型的调度策略，任务集将按照每个任务的执行周期Pi的长短排列；即当任务的编号i小于任务编号j时，任务Ti的执行周期Pi小于任务Tj 的执行周期Pj；2)RM实时调度任务模型扩展：本发明在RM实时调度任务模型的基础上为每个任务Ti添加了一个参数：任务松弛时间因子Si初始化为0，它的单位为毫秒ms；3)任务Ti运行实例的参数定义和扩展：本发明用Ii k表示任务Ti第k次的运行实例，任务Ti的不同运行实例实际运行的时间不同，任务Ti第k次的运行实例实际运行的时间为Xi k单位为毫秒ms；由于任务Ti的最坏运行时间为Ci，那么运行实例Ii k的松弛时间可由下公式计算得到：$\Delta C_i^k=C_i-X_i^k其中\Delta Ci\; k为运行实例Ii\; k的松弛时间，所谓的任务松弛时间是指运行实例的运行时间与最坏运行时间的差，Ci是任务Ti的最坏运行时间，Xi\; k为任务Ti第k次的运行实例实际运行的时间；4)任务松弛时间因子更新：任务松弛时间因子Si用来纪录所有优先级在任务Ti之前的任务运行实例产生的任务松弛时间，即所有任务编号小于i的任务运行实例所产生的松弛时间；当任务Ti第k次运行实例Ii\; k执行结束后，可计算出运行实例Ii\; k的松弛时间\Delta Ci\; k，然后可计算更新所有任务Tj的松弛时间因子：$ S_j=\left\{\begin{array}{c}{S}_j,j\le i\\ S_j+\Delta C_i^k,j>i\end{array}\right.其中Sj为任务Tj的松弛时间因子，这里的“＝”是计算机程序设计中的赋值符号，\Delta Ci\; k为运行实例Ii\; k的松弛时间，j为当前需要更新松弛时间的任务编号j大于等于0小于等于任务数N，i为执行结束的任务编号；5)任务松弛时间重分配：当一个任务Ti的第k次运行实例Ii\; k准备执行时，由于存在优先级比任务Ti高的任务执行之后产生的松弛时间，因此运行实例Ii\; k在执行前，可从松弛因子Si中抽取一定的时间\Delta Si\; k作为本次运行的补偿，即第k次运行实例Ii\; k的最坏运行时间可调整为：$ A_i^k=C_i+\Delta S_i^k其中Ai\; k为实例Ii\; k的新的最坏运行时间，Ci是任务Ti的最坏运行时间，\Delta Si\; k是从松弛因子Si中抽取的作为本次运行的补偿时间；\Delta Si\; k从松弛因子Si中抽取多少是由操作系统中，ready进程队列内任务的平均运行时间决定的，可通过如下公式计算得到：其中\Delta Si\; k是从松弛因子Si中抽取的作为本次运行的补偿时间，Si为i号任务Ti的松弛时间因子，Xi是i号任务Ti的平均运行时间，Tj是ready任务队列中的任务，Xj是j号任务Tj的平均运行时间；\Delta Si\; k被从松弛因子Si中抽取后，所有任务Tj的松弛因子都要被再次更新：$ S_j=\left\{\begin{array}{c}0,j\le i\\ S_j-\Delta S_i^k,j>i\end{array}\right.其中Sj为任务Tj的松弛时间因子，这里的“＝”是计算机程序设计中的赋值符号，\Delta Si\; k为运行实例Ii\; k从松弛因子Si中抽取出去的补偿时间，j为当前需要更新松弛时间的任务编号j大于等于0小于等于任务数N，i为当前准备执行的任务编号；6)任务运行实例处理器频率计算：运行实例Ii\; k的新的最坏运行时间Ai\; k计算出来之后，可通过Ai\; k和任务Ti的最坏运行时间Ci以及处理器的最高运行频率fmax计算出新的处理器频率，如下公式所示：$ f_{\mathrm{new}}=C_i/A_i^k\times f_{\max }其中Ai\; k为实例Ii\; k的新的最坏运行时间，Ci是任务Ti的最坏运行时间，fmax为处理器的最高运行频率，fnew为实例Ii\; k的执行频率；在这种情况下，实例Ii\; k就能够在保证实时性的情况下更加节省能耗；7)处理器动态频率设置：处理器通过动态调频调压技术DVFS设置处理器的运行时频率和运行时电压，RM调度算法在每个任务运行实例准备运行之前根据计算出的fnew为运行实例设置相应的运行时频率。$$$$$