專利名稱：應(yīng)用于嵌入式數(shù)據(jù)庫的非周期硬實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于嵌入式數(shù)據(jù)庫的非周期硬實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
近年來，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。同時(shí)嵌入式系統(tǒng)中大量的需要處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也越來越多，這就需要系統(tǒng)有強(qiáng)大的、有效的數(shù)據(jù)管理。于是支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作的嵌入式數(shù)據(jù)庫也就應(yīng)運(yùn)而生。
而大部分嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)又都是實(shí)時(shí)的，也就是說，數(shù)據(jù)庫的正確性不僅依靠于計(jì)算結(jié)果的邏輯正確性，也依靠于結(jié)果的產(chǎn)生的時(shí)間，這就是所謂的實(shí)時(shí)嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。實(shí)時(shí)嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的中的對(duì)象自然也必須在最終期限到來之前完成并保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的一致性。
之前的一些研究多把焦點(diǎn)放在靜態(tài)預(yù)處理方法。這種方法有不少問題存在。一個(gè)很明顯的問題就是效率低下，處理器不能發(fā)揮它最大的處理能力。另外一些研究則是用純最終期限單調(diào)性調(diào)度(deadline monotonic scheduling)。這種方法雖然可以提供系統(tǒng)資源的利用率，但是它不能保證所有的硬實(shí)時(shí)都能完成。
目前的研究的主要問題還是沒有考慮如何把實(shí)時(shí)性和嵌入式系統(tǒng)較好的結(jié)合起來。如何提高嵌入式系統(tǒng)資源的利用率，因?yàn)樵谇度胧皆O(shè)備中Flash是主要的存儲(chǔ)介質(zhì)，而Flash的空間和寫次數(shù)都是有限的，因此還要考慮如果減少對(duì)嵌入式存儲(chǔ)設(shè)備的訪問。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于嵌入式數(shù)據(jù)庫的非周期硬實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1)改進(jìn)了Kim & Son模型框架，增加了兩種處理對(duì)象a)對(duì)象之一區(qū)分于原模型中的對(duì)象一，從系統(tǒng)外部讀取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的訪問對(duì)象和運(yùn)行時(shí)間都是已知的，但是并不周期性的寫入嵌入式數(shù)據(jù)庫中，而是只在確認(rèn)點(diǎn)和所讀取的數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化的時(shí)候才把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中；b)對(duì)象之二從系統(tǒng)中讀取原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果再寫到數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)的訪問對(duì)象和運(yùn)行時(shí)間都是已知的，但是并不周期性的寫入嵌入式數(shù)據(jù)庫中，而是只在確認(rèn)點(diǎn)和所讀取的數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化的時(shí)候才把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中；2)由于新增對(duì)象，使用非周期的動(dòng)態(tài)的對(duì)象處理方法，所以引入判斷新對(duì)象實(shí)時(shí)性的方法a)定義1依據(jù)新增對(duì)象的最終期限長短來制定它們的優(yōu)先級(jí)。最終期限越短的對(duì)象優(yōu)先級(jí)越高，用Ri來表示新增對(duì)象i的最壞響應(yīng)時(shí)間，它由兩部分組成，一部分是它自己的運(yùn)行時(shí)間Ci，另一部分是它的等待時(shí)間Wi，表示為Ri＝Ci+Wi；b)定義2Di表示對(duì)象i的最終期限，只要Ri≤Di，就可以說對(duì)象i一定可以在在最終期限內(nèi)完成，這里用Pi表示同一種對(duì)象到來的最短間隔。新增對(duì)象雖然是非周期的，但是由于他們的數(shù)據(jù)也是要從外部獲得，所以這些新增對(duì)象到來的間隔應(yīng)該是原周期的整數(shù)倍，即Pj≥TiTi是原對(duì)象的周期。所以就可以計(jì)算出新增對(duì)象i在其整個(gè)響應(yīng)時(shí)間歷需要等待高優(yōu)先級(jí)對(duì)象j的總時(shí)間 其中 是對(duì)象i響應(yīng)時(shí)間內(nèi)對(duì)象j可能到來的次數(shù)，Cj是每次到來后要運(yùn)行的時(shí)間。
c)把所有高于新增對(duì)象i的優(yōu)先級(jí)的對(duì)象的在i的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)間相加便是對(duì)象i的總等待時(shí)間Wi 其中hi是比對(duì)象i高優(yōu)先級(jí)的對(duì)象的集合。到目前為止，Ri的公式已經(jīng)得到了 d)因?yàn)榉匠汤飪蛇叾加蠷i，可以把這個(gè)方程理解成，對(duì)象i的響應(yīng)時(shí)間是Ri(n)，但是在這段時(shí)間內(nèi)會(huì)有屬于hi的高優(yōu)先級(jí)的對(duì)象到來，導(dǎo)致對(duì)象i的響應(yīng)時(shí)間變成Ri(n+1)。這樣就利用以下的遞歸的方法計(jì)算出Ri 由Ri(0)＝0開始計(jì)算，計(jì)算出的第一個(gè)滿足等式(1)，即Ri(n)＝Ri(n+1)，也是最小的Ri也就是對(duì)象i的最壞響應(yīng)時(shí)間。如果Ri≤Di，就說明對(duì)象i可以在最終期限內(nèi)完成。如果Ri≥Di，或者在計(jì)算的過程中Ri(n)就已經(jīng)大于Di，就說明該對(duì)象不能滿足最終期限；3)對(duì)于可保證實(shí)時(shí)性的對(duì)象，可以采用最終期限單調(diào)處理方法。但是這種處理算法并不能保證所有的新對(duì)象都可以完成。對(duì)于這些不能完成的對(duì)象可以把它還原成原對(duì)象，繼續(xù)用原來的處理方法，也可以在設(shè)計(jì)階段調(diào)整它的最終期限。
本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明通過把周期性對(duì)象定義轉(zhuǎn)化為非周期對(duì)象，并且發(fā)明了實(shí)時(shí)性判斷方法來保證實(shí)時(shí)性，利用非周期對(duì)象訪問頻率低的特點(diǎn)，從而減少了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)閃存的訪問，并且降低了系統(tǒng)功耗，有效地把嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)結(jié)合在一起。


附圖為本發(fā)明的說明流程圖。
具體實(shí)施例方式
如附圖所示，首先分析Kim & Son模型中原有對(duì)象，提取可以不用周期性處理的對(duì)象，形成新對(duì)象；在新對(duì)象中，按照本文中說明的方法確定可以用截至?xí)r間單調(diào)性方法進(jìn)行處理的對(duì)象；把不能用非周期處理的對(duì)象還原回Kim &Son模型的處理方式。
本發(fā)明提出的實(shí)時(shí)嵌入式數(shù)據(jù)庫中硬實(shí)時(shí)對(duì)象的處理方法的具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例說明如下1)在實(shí)時(shí)嵌入式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)階段，分析原有模型中的對(duì)象，增加新的對(duì)象以表1為例，表格1中的對(duì)象為被挑選出來的新對(duì)象，對(duì)象的優(yōu)先級(jí)與對(duì)象的實(shí)時(shí)性截止時(shí)間(Deadline)長短成反比，即下例中對(duì)象1優(yōu)先級(jí)最高，對(duì)象4優(yōu)先級(jí)最低。
表1新對(duì)象實(shí)例

2)按照權(quán)利要求中介紹的確定最壞響應(yīng)時(shí)間的方法，利用公式1計(jì)算出每個(gè)對(duì)象的最壞響應(yīng)時(shí)間。以上例對(duì)象3為例，公式1中的R初始化為0，然后根據(jù)公式2進(jìn)行遞歸推導(dǎo)，過程如表2所示。
表2對(duì)象3的最壞反應(yīng)時(shí)間推導(dǎo)過程

3)如果小于最終期限，說明該對(duì)象判斷成功，如上例對(duì)象3，38ms＜50ms。如果某對(duì)象計(jì)算出的最壞響應(yīng)時(shí)間大于最終期限，如上例對(duì)象4。由于還是處于設(shè)計(jì)階段，首先考慮該對(duì)象的最終期限是否可以延長到最壞響應(yīng)時(shí)間，如果不行，就把該對(duì)象返還到原方法中。
4)測(cè)試中對(duì)flash訪問減少的比率對(duì)于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，正態(tài)分布是一種常見的數(shù)據(jù)分布。測(cè)試中，本方法采用了數(shù)據(jù)到達(dá)頻率服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)源，根據(jù)新增對(duì)象占原對(duì)象的百分比(用NP表示)和最大允許的數(shù)據(jù)偏差diff(超過diff就要寫入數(shù)據(jù)庫中)的不同，表3和表4列出可以減少的數(shù)據(jù)訪問的百分比表3為新對(duì)象寫入的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的60％時(shí)，表4為新對(duì)象所寫入的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的80％時(shí)，新對(duì)象可以減少的存儲(chǔ)訪問比率 新對(duì)象可以減少的存儲(chǔ)訪問比率 結(jié)果顯現(xiàn)對(duì)于正態(tài)分布的數(shù)據(jù)可以減少一半的Flash訪問，如果對(duì)于像動(dòng)態(tài)心電圖議這種分布更為集中數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)可以減少80％以上。可見本發(fā)明確實(shí)可以減少Flash設(shè)備的訪問，延長使用壽命。
權(quán)利要求
1.應(yīng)用于嵌入式數(shù)據(jù)庫的非周期硬實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于1)改進(jìn)了Kim&Son模型框架，增加了兩種處理對(duì)象a)對(duì)象之一區(qū)分于原模型中的對(duì)象一，從系統(tǒng)外部讀取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的訪問對(duì)象和運(yùn)行時(shí)間都是已知的，但是并不周期性的寫入嵌入式數(shù)據(jù)庫中，而是只在確認(rèn)點(diǎn)和所讀取的數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化的時(shí)候才把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中；b)對(duì)象之二從系統(tǒng)中讀取原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果再寫到數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)的訪問對(duì)象和運(yùn)行時(shí)間都是已知的，但是并不周期性的寫入嵌入式數(shù)據(jù)庫中，而是只在確認(rèn)點(diǎn)和所讀取的數(shù)據(jù)發(fā)生明顯變化的時(shí)候才把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中；2)由于新增對(duì)象，使用非周期的動(dòng)態(tài)的對(duì)象處理方法，所以引入判斷新對(duì)象實(shí)時(shí)性的方法a)定義1依據(jù)新增對(duì)象的最終期限長短來制定它們的優(yōu)先級(jí)。最終期限越短的對(duì)象優(yōu)先級(jí)越高，用Ri來表示新增對(duì)象i的最壞響應(yīng)時(shí)間，它由兩部分組成，一部分是它自己的運(yùn)行時(shí)間Ci，另一部分是它的等待時(shí)間Wi，表示為Ri＝Ci+WI；b)定義2Di表示對(duì)象i的最終期限，只要Ri≤Di，就可以說對(duì)象i一定可以在在最終期限內(nèi)完成，這里用Pi表示同一種對(duì)象到來的最短間隔。新增對(duì)象雖然是非周期的，但是由于他們的數(shù)據(jù)也是要從外部獲得，所以這些新增對(duì)象到來的間隔應(yīng)該是原周期的整數(shù)倍，即Pj≥TiTi是原對(duì)象的周期。所以就可以計(jì)算出新增對(duì)象i在其整個(gè)響應(yīng)時(shí)間歷需要等待高優(yōu)先級(jí)對(duì)象j的總時(shí)間 其中 是對(duì)象i響應(yīng)時(shí)間內(nèi)對(duì)象j可能到來的次數(shù)，Cj是每次到來后要運(yùn)行的時(shí)間。c)把所有高于新增對(duì)象i的優(yōu)先級(jí)的對(duì)象的在i的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)間相加便是對(duì)象i的總等待時(shí)間Wi 其中hi是比對(duì)象i高優(yōu)先級(jí)的對(duì)象的集合。到目前為止，Ri的公式已經(jīng)得到了 d)因?yàn)榉匠汤飪蛇叾加蠷i，可以把這個(gè)方程理解成，對(duì)象i的響應(yīng)時(shí)間是Ri(n)，但是在這段時(shí)間內(nèi)會(huì)有屬于hi的高優(yōu)先級(jí)的對(duì)象到來，導(dǎo)致對(duì)象i的響應(yīng)時(shí)間變成Ri(n+1)。這樣就利用以下的遞歸的方法計(jì)算出Ri 由Ri(0)＝0開始計(jì)算，計(jì)算出的第一個(gè)滿足等式(1)，即Ri(n)＝Ri(n+1)，也是最小的Ri也就是對(duì)象i的最壞響應(yīng)時(shí)間。如果Ri≤Di，就說明對(duì)象i可以在最終期限內(nèi)完成。如果Ri≥Di，或者在計(jì)算的過程中Ri(n)就已經(jīng)大于Di，就說明該對(duì)象不能滿足最終期限；3)對(duì)于可保證實(shí)時(shí)性的對(duì)象，可以采用最終期限單調(diào)處理方法。但是這種處理算法并不能保證所有的新對(duì)象都可以完成。對(duì)于這些不能完成的對(duì)象可以把它還原成原對(duì)象，繼續(xù)用原來的處理方法，也可以在設(shè)計(jì)階段調(diào)整它的最終期限。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于嵌入式數(shù)據(jù)庫的非周期硬實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方法。通過把周期性對(duì)象定義轉(zhuǎn)化為非周期對(duì)象，并且發(fā)明了實(shí)時(shí)性判斷方法來保證實(shí)時(shí)性，利用非周期對(duì)象訪問頻率低的特點(diǎn)，從而減少了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)閃存的訪問，并且降低了系統(tǒng)功耗。在保證系統(tǒng)高可用性和正確性的前提下，使之適用于嵌入式環(huán)境，并提供高效的實(shí)現(xiàn)方法，有效地把嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)結(jié)合在一起。
文檔編號(hào)G06F17/30GK1801153SQ20061004910
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2006年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者陳天洲, 連毅, 胡威, 蔣寧 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)