[發明專利]基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法

在審

• 申請號: 201910963551.0
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110727513A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 袁朝暉;曹慶萍;邵冰潔
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F11/30
• 代理公司: 33312 寧波知坤專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 王月玲

1.基于控制論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟1：構建CPU利用率的數學模型用于表征CPU的工作負載情況：

其中n_k是第k個采樣周期CPU處理任務的數量，e_s是CPU處理任務的執行時間，d_s是任務的相對截止時間；

所述CPU利用率U(k)滿足約束條件：

所述CPU在第k個采樣周期的任務服務速率Rate(k)滿足以下約束條件：

(|Rate(k)-Rate_T|)*T≤γ，k＝1,…,n；

其中,δ為CPU的利用率可調度的上限；n_k為CPU在第k個采樣周期處理的任務量；Rate_T為CPU的固定速率，T為采樣周期，γ為數據緩沖區的大小；

步驟2：根據系統采樣得到的CPU在第(k-1)個采樣周期的任務服務速率Rate(k-1)和第(k-1)個采樣周期的CPU利用率U(k-1)，以及步驟1)中CPU利用率的約束條件，構建第k個周期CPU的任務服務速率Rate(k)基于速率偏差ΔR(k)和CPU在第k個采樣周期的工作頻率F(k)的動態模型函數：

其中，a、b、g、h、G均為已知常量；K為環境影響因素因子，表征環境的動態變化；ΔR(k)為CPU的固定速率Rate_T與第(k-1)個采樣周期的CPU的任務服務速率Rate(k-1)的差值；

步驟3：計算最佳的工作頻率并選擇CPU在第k個采樣周期的服務頻率F(k)；

步驟4：在第k個采樣周期的任務開始處理前，將步驟1-3得到的CPU在第k個采樣周期的服務頻率F(k)、第k個周期的任務服務速率Rate(k)和CPU利用率U(k)反饋至CPU，進而調整CPU在第k個采樣周期的任務調度和操作模式分配。

2.根據權利要求1所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：步驟2中的動態模型函數滿足下列穩定條件：

G*K*h*a*(g-1)>0；

3.根據權利要求2所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：步驟1中的CPU利用率U(k)與第k個采樣周期的負載量S(k)以及CPU在第k個采樣周期的工作頻率F(k)滿足下列條件：

4.根據權利要求3所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：CPU第k個采樣周期的負載量S(k)滿足下列約束條件：

S(k)＝G*K*Rate(k-1)+g*G*K*(Rate_T-Rate(k-1))。

5.根據權利要求3所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：所述CPU支持任務服務頻率F_i，其中i＝1,…,m；所述CPU在第k個采樣周期的工作頻率F(k)滿足下列條件：

6.根據權利要求3-5任一項所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：所述CPU在第k個采樣周期的負載量S(k)由預估的負載量D(k)和當前的負載變量ΔS(k)計算得到，即

S(k)＝D(k)+g*ΔS(k)。

7.根據權利要求1-6任一項所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：所述預估的負載量D(k)由CPU在第(k-1)個采樣周期的任務服務速率Rate(k-1)計算得到,即：

D(k)＝G*K*Rate(k-1)。

8.根據權利要求8所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：所述負載變量ΔS(k)的約束條件如下：

ΔS(k)＝G*K*ΔR(k)。

9.根據權利要求6所述的基于控制理論的無線嵌入式系統能耗管理方法，其特征在于：所述CPU在第(k-1)個采樣周期的利用率U(k-1)和CPU在第(k-1)個采樣周期的任務服務速率Rate(k-1)滿足以下約束條件：

Rate(k-1)＝a*U(k-1)+b。