[發(fā)明專利]一種嵌入式系統(tǒng)的能耗管理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710028578.8
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101067758A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉發(fā)貴;吳慶波;宋靖
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);廣東美泰科技有限公司
• 主分類號: G06F1/32
• 分類號: G06F1/32
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

1.一種嵌入式系統(tǒng)的能耗管理方法，通過動態(tài)電源管理支持模塊實現(xiàn)，其特征在于所述動態(tài)電源管理支持模塊包括策略管理模塊、空閑探測模塊、性能探測模塊；

所述策略管理模塊在系統(tǒng)層進行有效的電源管理，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的性能和功耗節(jié)省，其關(guān)注系統(tǒng)的空閑狀態(tài)和執(zhí)行負載，根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)自適應(yīng)的調(diào)整設(shè)備空閑時間，在空閑時間持續(xù)到一定程度時使系統(tǒng)進入相應(yīng)的低電源狀態(tài)，采用了一種動態(tài)電源管理自適應(yīng)控制算法，根據(jù)系統(tǒng)外部資源的動態(tài)變化自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)的CPU供電電壓和頻率，最大化系統(tǒng)的性能的同時使系統(tǒng)的能耗最小，所述動態(tài)電源管理自適應(yīng)控制算法，是根據(jù)系統(tǒng)資源和服務(wù)請求的變化，通過添加、刪除調(diào)整任務(wù)的執(zhí)行速度來動態(tài)的更新實時調(diào)度集中的任務(wù)，選取最優(yōu)調(diào)度，動態(tài)電源管理自適應(yīng)控制算法的實現(xiàn)過程如下：

令嵌入式系統(tǒng)中有N個周期性獨立的可搶占實時任務(wù)，記任務(wù)集為TK＝{TKi|1≤i≤N}，任務(wù)TKi用三元組(T_i，C_i，D_i)表示，其中，T_i是執(zhí)行周期，C_i是任務(wù)的最差執(zhí)行時間，D_i是表示任務(wù)的時限，有T_i＝D_i；處理器有M個可調(diào)節(jié)頻率，記為{f₁，f₂，...f_M}，任務(wù)以頻率f_k運行時就稱任務(wù)以速度k級運行；令所有任務(wù)的任一運行級別的最差執(zhí)行時間和能量消耗都是已知的，t_i，j表示任務(wù)TKi以j級運行時的執(zhí)行時間，e_i，j表示任務(wù)TKi以j級運行時的功耗，Vi表示任務(wù)TKi的回報或利用率，系統(tǒng)的性能通過系統(tǒng)運行的所有的任務(wù)的整體性能來衡量，算法的目標(biāo)是找到這樣一個任務(wù)子集使得系統(tǒng)的性能達到最大化；

定義S集中的所有任務(wù)i都以Si級運行，si∈{1，2，，...，M}，且整個系統(tǒng)的任務(wù)，必須滿足兩點：

(1)時間約束，任一被調(diào)度執(zhí)行的任務(wù)都必須在截止期限D(zhuǎn)之前完成；

(2)能量約束，運行任務(wù)所消耗的能量不能超過系統(tǒng)中可用的總能量E_max；這樣，集合S和運行級Si，就是Si∈{1，2，...，M}，滿足：和且使得，取得最大值的S和Si；

令j∈{1，2，...，M}，v(i)表示系統(tǒng)回報率或任務(wù)利用率；t(i，j)表示任務(wù)的運行時間；e(i，j)表示任務(wù)的能量需求；selected(i)和considered(i)來表示調(diào)度任務(wù)的狀態(tài)存儲信息；任務(wù)調(diào)度總的執(zhí)行時間調(diào)度消耗的功耗為V存儲當(dāng)前任務(wù)調(diào)度集中任務(wù)使用率的集合，SV存儲當(dāng)前V的最大值，表示任務(wù)利用率最高的調(diào)度；speed(i)表示所有任務(wù)速度的集合；

第一步驟，初始化系統(tǒng)參數(shù)：

置系統(tǒng)的調(diào)度隊列為空selected(i)＝false，沒有調(diào)度任務(wù)considered(i)＝false，energy＝0，time＝0，SV＝0，V＝0；對于調(diào)度任務(wù)集中的某一調(diào)度任務(wù)，如果滿足時間約束的條件且SV＜V，那么，記錄這一調(diào)度，并置SV＝V；對于某一調(diào)度中的任務(wù)集，根據(jù)系統(tǒng)的資源變化，為了實現(xiàn)系統(tǒng)在有限的資源供給下不僅不影響系統(tǒng)的調(diào)度并保證系統(tǒng)的性能最大化利用，要實時更新調(diào)度集中的任務(wù)，增加能實現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化的任務(wù)調(diào)度，刪除任務(wù)集中影響系統(tǒng)性能的任務(wù)，調(diào)整處理器的工作電壓或者頻率，來調(diào)節(jié)任務(wù)的執(zhí)行速度；

第二步驟，保存最優(yōu)調(diào)度：

SV中使得V最大的任務(wù)調(diào)度為最優(yōu)調(diào)度，判斷當(dāng)前調(diào)度是否最優(yōu)調(diào)度，如果是，則保存最優(yōu)調(diào)度，然后執(zhí)行第三步驟；

第三步驟，添加任務(wù)：

可添加到當(dāng)前調(diào)度集中的任務(wù)，必須滿足如下條件：

(1)該任務(wù)未被調(diào)度失敗或刪除過；

(2)當(dāng)前調(diào)度是可調(diào)度的；

(3)當(dāng)前調(diào)度以最小的速度執(zhí)行時，能耗預(yù)算energy+e(i，1)不超過系統(tǒng)能夠提供的能量最大值E_max；

(4)在滿足以上條件的任務(wù)中，調(diào)度能使取得最大值的任務(wù)；

如果有滿足上述條件的任務(wù)，則添加到當(dāng)前調(diào)度集中并重復(fù)執(zhí)行第二步驟；

如果沒有滿足上述條件的任務(wù)，則執(zhí)行第四步驟；

第四步驟，提升調(diào)度任務(wù)的運行速度：

任務(wù)添加完畢，如果已沒有任務(wù)可調(diào)度到當(dāng)前調(diào)度集中時，提高可調(diào)度任務(wù)的運行速度，任務(wù)執(zhí)行完畢，以備開始新的調(diào)度；

任務(wù)滿足的執(zhí)行條件為：必須是當(dāng)前調(diào)度集中可調(diào)度的任務(wù)；不能以峰值運行，即s_i≠M；energy+e(i，s_i+1)-e(i，s_i)＜E_max；單位時間內(nèi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換功耗最低，即的比值最小，

如果有滿足上述條件的任務(wù)，則提高滿足條件的任務(wù)的運行速度，然后重新執(zhí)行第二步驟；

如果沒有滿足上述條件的任務(wù)，則執(zhí)行第五步驟；

第五步驟，刪除任務(wù)：

如果第三和第四步驟中執(zhí)行失敗的任務(wù)，則在運行的任務(wù)隊列中刪除此任務(wù)，然后，轉(zhuǎn)到第二步驟操作；

所述空閑探測模塊提供CPU和操作系統(tǒng)的空閑信息，其監(jiān)視空閑線程或者一個給定的工作負載在操作系統(tǒng)里的活動，并給策略管理模塊提供進行決策的參數(shù)信息；

所述性能探測模塊監(jiān)視CPU利用率和主存的使用情況，為策略管理模塊提供精確的執(zhí)行負載信息。