[發明專利]一種多核實時嵌入式系統的任務調度方法

有效

• 申請號: 202110982484.4
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113806042B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 陳雪華;鄭文廣;趙薇薇;黃靜;王永剛;劉圓圓;周箭;孫赫;崔曉杰
• 申請（專利權）人: 北京市遙感信息研究所
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 高霖

本發明涉及一種多核實時嵌入式系統的任務調度方法，應用于可互相搶占緩存的任務組成的任務集，任務集中各個任務，被基于任務的截止時間按指定順序進行調度，其中方法包括：針對待調度的緊急任務，當緊急任務無法在各個處理器核心中以非搶占方式調度時，遍歷各個處理器核心，針對當前處理器核心重新制定調度計劃并重新分配緊急任務的鎖定內容和歷史任務的鎖定內容占用的緩存空間；在重新分配緩存空間后，根據各個處理器核心中緊急任務的WCET，調度緊急任務至其中一個處理器核心，解決了通過協調任務調度和緩存分配的關系，提升嵌入式系統執行效率的問題。

技術領域

本發明涉及嵌入式處理器領域，具體涉及一種多核實時嵌入式系統的任務調度方法。

背景技術

高速緩存被廣泛應用于現代處理器中，用以彌補處理器和片外存儲器之間的速度差距。然而，由于不可預測的內存訪問延遲，高速緩存也使得計算任務的WCET(Worst-caseExecution?Time，最壞執行時間)變得非常困難。現代嵌入式處理器中使用高速緩存鎖定機制來緩解緩存的不可預測性問題。具有兩級緩存的多核處理器在現代高性能嵌入式系統中得到了越來越多的應用。一個典型的嵌入式系統由一系列任務集合組成。這些任務可能受到時間限制，例如任務的發布時間和截止時間。對于硬實時嵌入式系統，設計者需要在設計階段構造一個滿足所有約束條件(包括時間約束)的可行調度。然而，高速緩存鎖定機制的使用使得在具有高速緩存鎖定機制的處理器體系結構上為一組任務構造可行的調度變得更加復雜。一方面，為了構造一個可行的調度，任務調度器需要知道每個任務的WCET。另一方面，每個任務的WCET的計算取決于多種因素，包括分配給每個相關任務的每個緩存的大小、為每個任務選定作為緩存鎖定內容的數據集和指令集、每個任務選定的數據集和指令集的鎖定點，以及兩個任務是否可以共享緩存的一部分，因此，如何構造一種任務調度方法，尤其是在緊急任務出現時，在滿足所有約束的條件下，從而妥善協調任務調度次序和緩存鎖定交織在一起的依賴關系，提高嵌入式系統的執行效率，是亟待我們綜合考慮，綜合解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，針對實時嵌入式系統領域最常見的具有時間約束的多任務模型，提供了一種多核實時嵌入式系統的任務調度方法，解決了在滿足多個任務時間約束的前提下，最大程度地降低系統最差響應時間的技術問題，提高了嵌入式系統執行效率。

本發明技術方案：

根據第一方面，一種多核實時嵌入式系統的任務調度方法，應用于可互相搶占緩存的任務組成的任務集，所述任務集中的各個任務，按基于任務的截止時間按指定順序進行調度，所述方法包括：

針對待調度的緊急任務，當所述緊急任務無法在各個處理器核心中以非搶占方式調度時，遍歷所述各個處理器核心，針對當前處理器核心重新制定調度計劃并重新分配所述緊急任務的鎖定內容和歷史任務的鎖定內容占用的緩存空間；

在重新分配緩存空間后，根據所述各個處理器核心中所述緊急任務的WCET，調度所述緊急任務至其中一個處理器核心。

可選地，任務集中的各個任務，按基于任務的截止時間按指定順序進行調度，包括：

將任務集中的各個任務的截止時間按最早截至時間優先(EDF)順序排序；

根據最早截至時間優先(EDF)遞增的順序，對應調用所述任務集中的任務。

可選地，所述緊急任務無法在各個處理器核心中以非搶占方式調度時，遍歷所述各個處理器核心，針對當前處理器核心重新制定調度計劃并重新分配所述緊急任務的鎖定內容和歷史任務的鎖定內容占用的緩存空間，包括：

將緩存空間的分配為一級緩存空間和二級緩存空間；

一級緩存空間只有對應的單個處理器核心能夠使用，針對嵌入式系統的單個處理器核心，根據所述緊急任務與在該處理器核心上運行的歷史任務的緊急程度繪制本地有向無環圖，反應該一級緩存空間所對應的單個處理器核心上的任務使用一級緩存空間的情況；