面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗edf實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，本發(fā)明利用PCM非易失、低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)態(tài)EDF算法保證整個(gè)任務(wù)集的時(shí)性約束，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的功耗又不影響任務(wù)的時(shí)性約束；本發(fā)明所述方法包括步驟：1)將任務(wù)集T中的任務(wù)按照(Wpi-Wdi)/Nwi降序排列；2)初始化所有任務(wù)；3)根據(jù)任務(wù)集T的任務(wù)順序?qū)⑷蝿?wù)逐個(gè)放入PCM中，如果任務(wù)集依然可調(diào)度，則標(biāo)記該任務(wù)為P-task，且Ci＝Wpi，直至任務(wù)集T中所有任務(wù)檢查完畢；4)系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)；5)計(jì)算動(dòng)態(tài)EDF算法分配給所有任務(wù)的“空閑時(shí)間”；6)動(dòng)態(tài)EDF算法根據(jù)優(yōu)先級(jí)對(duì)“空閑時(shí)間”進(jìn)行分配；7)重復(fù)步驟6直至整個(gè)任務(wù)集T結(jié)束。
【專利說明】面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)(Real-Time Embedded System)領(lǐng)域,尤其涉及一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002]嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)面向某些特定應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？紤]到嵌入式系統(tǒng)的安全性和可靠性等因素，其應(yīng)用通常具有實(shí)時(shí)性約束。近年來，嵌入式系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，各種智能設(shè)備悄然進(jìn)入人們的生活。然而，隨著功能和應(yīng)用變得越來越復(fù)雜，電池的使用壽命成為這些設(shè)備上的最大限制。研究表明，在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中，主存的能耗在整個(gè)系統(tǒng)能耗中所占的比例越來越大。因此，減少主存的能耗是延長(zhǎng)電池可用時(shí)間的行之有效的方法，而如何減少主存系統(tǒng)的能耗是一個(gè)亟需解決的關(guān)鍵問題。
[0003]相變存儲(chǔ)器(Phase-change memory,PCM),由于其非易失、低功耗及高性能等特性引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)主存DRAM相比，PCM擁有低能耗和非易失性的優(yōu)點(diǎn)。盡管PCM與FLASH相比擁有較高的讀寫性能，然而與DRAM相比，依然具有較高的讀寫延時(shí)，特別是寫延時(shí)。同時(shí)，PCM具有寫次數(shù)限制，該特點(diǎn)大大限制了其使用壽命。
[0004]綜合PCM和DRAM的優(yōu)缺點(diǎn)，學(xué)術(shù)界提出了基于PCM和DRAM的混合主存架構(gòu)(Hybrid Main Memory Architecture),即利用DRAM獲得高性能(DRAM的低讀寫延時(shí)),同時(shí)利用PCM取得較大的能耗節(jié)省(PCM的低能耗)。
[0005]然而，混合主存系統(tǒng)的引入使得實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度問題變得更加復(fù)雜:作為智能設(shè)備，應(yīng)該提供較高的性能但同時(shí)消耗了較多的能量，而作為嵌入式系統(tǒng)，其應(yīng)該最大化電池使用壽命但卻導(dǎo)致了任務(wù)的執(zhí)行延時(shí)，甚至破壞了任務(wù)的實(shí)時(shí)性約束。因此，性能與能耗二者的權(quán)衡是一個(gè)需要解決的重要問題。
[0006]盡管近年來針對(duì)混合主存系統(tǒng)的研究較多，但是針對(duì)混合主存實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方面的研究較少。目前對(duì)混合主存系統(tǒng)的研究主要集中在操作系統(tǒng)的支持、變量與任務(wù)在不同主存介質(zhì)中的分配、能量?jī)?yōu)化模型、主存控制器等方面。目前的研究只考慮了任務(wù)的分配而并未考慮任務(wù)的調(diào)度，只針對(duì)主存控制器優(yōu)化而并未考慮具體的實(shí)時(shí)調(diào)度算法。因此，研究混合主存架構(gòu)下的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度是一個(gè)值得研究的重要問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明旨在針對(duì)混合主存嵌入式系統(tǒng)，提出一個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度方法以最大程度地節(jié)省能耗，同時(shí)保證整個(gè)任務(wù)集的實(shí)時(shí)約束。在本發(fā)明所涉及到的混合存儲(chǔ)架構(gòu)中，PCM和DRAM采取統(tǒng)一編址方式，CPU可對(duì)各個(gè)部分直接訪問。操作系統(tǒng)區(qū)分這兩部分地址空間，并對(duì)其進(jìn)行管理。本發(fā)明提出的實(shí)時(shí)調(diào)度算法旨在操作系統(tǒng)層面保證混合主存系統(tǒng)的高性能和低能耗。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0009]I)將任務(wù)集T中的任務(wù)按照(Wp1-Wdi) /Nwi降序排列，其中Wpi表示該任務(wù)在PCM中的最差情況執(zhí)行時(shí)間，Wdi表示該任務(wù)在DRAM中的最差情況執(zhí)行時(shí)間，Nwi表示該任務(wù)的執(zhí)行過程中的寫次數(shù)；
[0010]2)初始化所有任務(wù):將所有任務(wù)標(biāo)記為D-task，且Ci = Wdi，其中Ci表示該任務(wù)的最差情況執(zhí)行時(shí)間；
[0011 ] 3)根據(jù)任務(wù)集T的任務(wù)順序?qū)⑷蝿?wù)逐個(gè)放入PCM中，如果任務(wù)集依然可調(diào)度，則標(biāo)記該任務(wù)為P-task，且Ci = Wpi，直至任務(wù)集T中所有任務(wù)檢查完畢；
[0012]4)系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù):其中D-task在DRAM中執(zhí)行，P-task在PCM中執(zhí)行；
[0013]5)計(jì)算動(dòng)態(tài)EDF算法分配給所有任務(wù)的“空閑時(shí)間”；
[0014]6)根據(jù)EDF優(yōu)先級(jí)排序，隊(duì)頭元素Ti擁有最小的deadl ine，表示為(Ii，動(dòng)態(tài)EDF算法根據(jù)優(yōu)先級(jí)將“空閑時(shí)間”的分配給即將執(zhí)行的D-task任務(wù)實(shí)例，直至該任務(wù)結(jié)束；
[0015]7)重復(fù)步驟6直至整個(gè)任務(wù)集T結(jié)束。
[0016]所述步驟3中任務(wù)集可調(diào)度的充分必要條件為:

【權(quán)利要求】
1.一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，包括以下步驟: 1)將任務(wù)集T中的任務(wù)按照(Wp1-Wdi)/Nwi降序排列，其中Wpi表示該任務(wù)在PCM中的最差情況執(zhí)行時(shí)間，Wdi表示該任務(wù)在DRAM中的最差情況執(zhí)行時(shí)間，Nwi表示該任務(wù)的執(zhí)行過程中的寫次數(shù)； 2)初始化所有任務(wù):將所有任務(wù)標(biāo)記為D-task，且Ci= Wdi，其中Ci表示該任務(wù)的最差情況執(zhí)行時(shí)間； 3)根據(jù)任務(wù)集T的任務(wù)順序?qū)⑷蝿?wù)逐個(gè)放入PCM中，如果任務(wù)集依然可調(diào)度，則標(biāo)記該任務(wù)為Ci = Wpi，直至任務(wù)集T中所有任務(wù)檢查完畢； 4)系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù):其中D-task在DRAM中執(zhí)行，P-task在PCM中執(zhí)行； 5)計(jì)算動(dòng)態(tài)EDF算法分配給所有任務(wù)的“空閑時(shí)間”； 6)根據(jù)EDF優(yōu)先級(jí)排序，隊(duì)頭元素Ti擁有最小的deadline，表示為(Ii，動(dòng)態(tài)EDF算法根據(jù)優(yōu)先級(jí)將“空閑時(shí)間”的分配給即將執(zhí)行的D-task任務(wù)實(shí)例，直至該任務(wù)結(jié)束； 7)重復(fù)步驟6直至整個(gè)任務(wù)集T結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述 步驟3中任務(wù)集可調(diào)度的充分必要條件為:
其中Ci為任務(wù)Ti的最差情況執(zhí)行時(shí)間，Pi為任務(wù)Ti的任務(wù)周期。
3.如權(quán)利要求1所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述步驟5中，“空閑時(shí)間”計(jì)算如下:
其中，(Ii表示任務(wù)Ti的deadline, dx為任務(wù)Tx的deadline, Cx表示任務(wù)Tx的最差情況執(zhí)行時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述步驟6中當(dāng)動(dòng)態(tài)EDF算法將“空閑時(shí)間”分配給任務(wù)ti;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Preempt-Queue為非空,此時(shí)動(dòng)態(tài)EDF算法不進(jìn)行空閑時(shí)間的重新分配。
5.如權(quán)利要求1所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述步驟6中如果空閑時(shí)間足夠?qū)⒃揇-task轉(zhuǎn)換為P-task，則將該任務(wù)放入PCM中執(zhí)行，直至該任務(wù)結(jié)束。
6.如權(quán)利要求1所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述步驟6中如果空閑時(shí)間不足夠?qū)⒃揇-task轉(zhuǎn)換為P-task，則根據(jù)最大遷移數(shù)據(jù)量Si和數(shù)據(jù)在不同主存中的遷移速率計(jì)算遷移時(shí)間，假設(shè)遷移時(shí)間為HiigTimei,空閑時(shí)間為slack time,動(dòng)態(tài)EDF算法將該任務(wù)放入PCM中執(zhí)行的時(shí)間即slacktime-migTimei，如果在此時(shí)間內(nèi)該任務(wù)未執(zhí)行完，則將任務(wù)從PCM中遷移到DRAM中，直至該任務(wù)執(zhí)行完。
7.如權(quán)利要求1所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述步驟6中當(dāng)一個(gè)D-task任務(wù)被分配了額外的時(shí)間，但在其遷移過程發(fā)生之前被搶占，當(dāng)任務(wù)從搶占中恢復(fù)的時(shí)候，動(dòng)態(tài)EDF算法將會(huì)對(duì)該任務(wù)進(jìn)行第二次時(shí)間分配，即當(dāng)其從搶占中恢復(fù)時(shí)，由于搶占的任務(wù)可能會(huì)產(chǎn)生新的“空閑時(shí)間”，該部分時(shí)間可分配給該被搶占的任務(wù)。
8.如權(quán)利要求5所述的一種面向混合主存嵌入式系統(tǒng)的低能耗EDF實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度方法，其特征是，所述步驟6中如果任務(wù)已經(jīng)從PCM遷移回DRAM，則該任務(wù)會(huì)在DRAM中一直執(zhí)行完，不會(huì)被分配額外時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G06F9/46GK104182180SQ201410369550
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】賈智平, 張志勇, 鞠雷, 蔡曉軍 申請(qǐng)人:山東大學(xué)