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一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法

阅读：1037发布：2020-05-22

专利汇可以提供一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，其包括以下步骤：步骤A：利用动态优先级策略，调度混合关键周期任务集；步骤B：计算周期任务统一的静态速度SU；步骤C：计算低模式下的动态速度SD，初始状态下，SD是各周期任务的最坏情况下利用率之和，当周期任务完成执行时，SD是各周期任务的实际利用率之和，当已经完成执行的周期任务又重新释放时，SD是各周期任务的最坏情况下利用率之和；步骤D：确定周期任务在低模式下的速度SL和高关键层次周期任务在高模式下的速度SH。本发明具有降低能耗等优点。，下面是一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，其特征在于：其包括以
下步骤：
步骤A：利用动态优先级策略，调度混合关键周期任务集；
步骤B：计算周期任务统一的静态速度SU；
步骤C：计算低模式下的动态速度SD，初始状态下，SD是各周期任务的最坏情况下利用率之和，当周期任务完成执行时，SD是各周期任务的实际利用率之和，当已经完成执行的周期任务又重新释放时，SD是各周期任务的最坏情况下利用率之和；
步骤D：周期任务以其在低模式下的速度SL执行，初始状态下SL＝SU，当有周期任务执行时，SL＝min{SD，SU}，min表示SL取SD和SU两者中的最小值，当低模式下高关键层次周期任务执行时间超过周期任务在低模式下的最坏情况下执行时间时，进入高模式，高关键层次周期任务以其在高模式下的速度SH执行，初始状态下SH＝SU，当所有非周期任务被舍弃时，SH是高关键层次周期任务在高模式下的利用率。
2.根据权利要求1所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：步骤A中，所述调度混合关键周期任务集是由n个混合关键周期任务组成的集合Γ＝{τ1，τ2，…，τn}，其中每个周期任务τi由五元组{Ti，Di，ξi，Ai，Ci}组成，1≤i≤n，i∈Z，其中Ti是周期任务τi的周期；Di是周期任务τi的相对截止期限，且其等于Ti；ξi是周期任务τi的关键层次，ξi∈{LO，HI}，ξi＝LO时，周期任务τi为低关键层次任务，ξi＝HI时，周期任务τi为高关键层次任务；Ai为周期任务τi的不同模式下的实际执行时间；Ai∈{Ai(LO)，Ai(HI)}，Ai(LO)和Ai(HI)分别为周期任务τi在低模式和高模式下的实际执行时间；Ci为周期任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间，Ci∈{Ci(LO)，Ci(HI)}，Ci(LO)和Ci(HI)分别为周期任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间。
3.根据权利要求2所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：所述低模式表示高关键层次周期任务τi以速度s执行，其执行时间不超过Ci(LO)/s；所述高模式表示高关键层次周期任务τi以速度s执行，其执行时间超过Ci(LO)/s但不超过Ci(HI)/s，且所有低关键层次任务被丢弃；当周期任务τi为低关键层次周期任务时，Ai(LO)＝Ai(HI)，Ci(LO)＝Ci(HI)，Ai(LO)≤Ci(LO)；当周期任务τi为高关键层次周期任务时，Ai(LO)≤Ai(HI)，Ci(LO)≤Ci(HI)，Ai(LO)≤Ci(LO)，Ai(HI)≤Ci(HI)。
4.根据权利要求2所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：步骤A中，所述动态优先级策略是虚拟截止期限策略，所述虚拟截止期限策略包括在不同模式下所述高关键层次任务具有不同的相对截止期限；根据任务的绝对截止期限分配任务的优先级；绝对截止期限越小，其优先级越高；绝对截止期限越大，其优先级越低；高优先级任务被优先调度。
5.根据权利要求4所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：任务的绝对截止期限等于当前时刻t与其相对截止期限之和；在低模式下低关键层次周期任务τi的相对截止期限等于Ti；高关键层次周期任务τi的相对截止期限等于xTi，其中x是截止期限系数，x＝1-U，U是高关键层次周期任务的额外负载利用率，
6.根据权利要求5所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：步骤B中，所述周期任务统一的静态速度其中，是低
关键层次周期任务在低模式下的利用率；是高关键层次周期任务在低模式下的利用
率。
7.根据权利要求6所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：所述低关键层次周期任务在低模式下的利用率所述高
关键层次周期任务在低模式下的利用率所述高关键层次周期任务的
额外负载利用率
8.根据权利要求2所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：步骤C中，各周期任务的最坏情况下利用率之和的计算公式为其中，
各周期任务的实际利用率之和的计算公式为其中，
9.根据权利要求2所述的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，
其特征在于：步骤D中，所述高关键层次周期任务在高模式下的利用率为

说明书全文

一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法

背景技术

[0002] 实时系统不仅要求任务能够准确地执行，而且要求其必须在规定的时间内完成执行，实时系统按照任务是否有严格的截止期限限制，可以划分为硬实时系统和软实时系统。硬实时系统要求所有的任务都在其截止期限内完成执行，一旦任务错过其截止期限会造成致命的后果，例如数控系统、飞机控制系统、自动手术机器人控制系统等。软实时系统允许个别任务错过其截止期限，不会造成严重的后果，例如多媒体播放系统、民用电话系统等。

[0003] 近年来流行的混合关键系统也是属于实时系统，混合关键系统的特点在于在同一个平台集成多种不同层次的功能，以满足不同应用层次的需求，无人机控制系统与汽车自动驾驶系统是混合关键系统的典型代表，无人机通常采用电池供电，受体积与重量的限制，其续航能力有限，现有的混合关键系统能耗过高，高能耗不仅提高产品成本，影响环境，还会影响系统可靠性，因此，能耗对于无人机乃至其他使用混合关键系统的设备至关重要。

[0004] 目前针对混合关键系统的研究侧重于系统的可行性与调度可行的分析，而对混合关键系统周期任务模型的能耗优化方法的研究相对较少，仅有的少数研究采用固定优先级调度策略，导致系统的利用率低，不能适用于动态优先级的混合关键系统；且这些研究假设周期任务以其最坏情况下执行时间执行，这一假设过于保守，不符合系统的真实情况，导致系统的能耗过高。因此如何合理有效地降低能耗成为一大难题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法。

[0006] 本发明的有益效果是：

[0007] 1、利用任务的实际执行时间，动态地确定周期任务的执行速度，有效地降低功耗，避免处理器等硬件资源的浪费，降低生产和维护成本，延长处理器使用寿命。

[0008] 2、采用虚拟截止期限策略，根据任务的绝对截止期限的大小分配任务的优先级，确保周期任务在其截止期限内完成执行。

[0009] 以下实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法不局限于实施例。

具体实施方式

[0010] 实施例，本发明的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，其包括以下步骤：

[0011] 步骤A：利用动态优先级策略，调度混合关键周期任务集，所述调度混合关键周期任务集是由n个混合关键周期任务组成的集合Γ＝{τ1，τ2，…，τn}，其中每个周期任务τi由五元组{Ti，Di，ξi，Ai，Ci}组成，1≤i≤n，i∈Z，其中Ti是周期任务τi的周期； Di是周期任务τi的相对截止期限，且其等于Ti；ξi是周期任务τi的关键层次， ξi∈{LO，HI}，ξi＝LO时，周期任务τi为低关键层次任务，ξi＝HI时，周期任务τi为高关键层次任务；Ai为周期任务τi的不同模式下的实际执行时间；Ai∈{Ai(LO)，Ai(HI)}， Ai(LO)和Ai(HI)分别为周期任务τi在低模式和高模式下的实际执行时间；Ci为周期任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间，Ci∈{Ci(LO)，Ci(HI)}，Ci(LO)和Ci(HI)分别为周期任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间。

[0012] 所述低模式表示高关键层次周期任务τi以速度s执行，其执行时间不超过 Ci(LO)/s；所述高模式表示高关键层次周期任务τi以速度s执行，其执行时间超过Ci(LO)/s但不超过Ci(HI)/s，且所有低关键层次任务被丢弃；当周期任务τi为低关键层次周期任务时，Ai(LO)＝Ai(HI)，Ci(LO)＝Ci(HI)，Ai(LO)≤Ci(LO)；当周期任务τi为高关键层次周期任务时，Ai(LO)≤Ai(HI)，Ci(LO)≤Ci(HI)，Ai(LO)≤Ci(LO)， Ai(HI)≤Ci(HI)。

[0013] 所述动态优先级策略是虚拟截止期限策略，所述虚拟截止期限策略包括在不同模式下所述高关键层次任务具有不同的相对截止期限；根据任务的绝对截止期限分配任务的优先级；绝对截止期限越小，其优先级越高；绝对截止期限越大，其优先级越低；高优先级任务被优先调度。

[0014] 任务的绝对截止期限等于当前时刻t与其相对截止期限之和；在低模式下低关键层次周期任务τi的相对截止期限等于Ti；高关键层次周期任务τi的相对截止期限等于xTi，其中x是截止期限系数，x＝1-U，U是高关键层次周期任务的额外负载利用率，

[0015] 步骤B：计算周期任务统一的静态速度SU，其中，是低关键层次周期任务在低模式下的利用率，是高关键层次周期任
务在低模式下的利用率，

[0016] 步骤C：计算低模式下的动态速度SD，初始状态下，SD是各周期任务的最坏情况下利用率之和，即其中，当周期任务完成执行时，SD是各周期任务的实际利用率之和，即其中，当已经完成执行的周期
任务又重新释放时，SD是各周期任务的最坏情况下利用率之和，即

[0017] 步骤D：周期任务以其在低模式下的速度SL执行，初始状态下SL＝SU，当有周期任务执行时，SL＝min{SD，SU}，min表示SL取SD和SU两者中的最小值，当低模式下高关键层次周期任务执行时间超过周期任务在低模式下的最坏情况下执行时间时，进入高模式，高关键层次周期任务以其在高模式下的速度SH执行，初始状态下SH＝SU，当所有非周期任务被舍弃时，SH是高关键层次周期任务在高模式下的利用率，即

[0018] 本实施例的一次实验模型中，混合关键周期任务集包含3个周期任务，即 n＝3，任务的具体参数如表1所示：

[0019] 表1周期任务参数

[0020]任务 Ti ξi Ci(LO) Ci(HI) Ai(LO) Ai(HI)
τ1 6 LO 2 2 1 1
τ2 8 HI 2 3 1 2
τ3 16 LO 4 4 2 2

[0021] 通过计算可知，低关键层次周期任务的最优速度为0.90，高关键层次周期任务的最优速度为0.90，截止期限系数x＝0.875，统一的静态速度SU＝0.87；本实施例中的功耗模型P＝0.1+02*S+S3，处理器处于空闲状态的功耗为0.1；在区间[0，48]调度混合关键周期任务集；采用传统方法，即任务始终以最优速度进行执行，调度混合关键周期任务集的能耗为24.03；采用本实施例的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法调度混合关键周期任务集的能耗为为17.38，可见，采用本实施例的方法比任务始终以最优速度进行执行方法节约27.67％的能耗。

[0022] 上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于实际执行时间混合关键周期任务的能耗优化方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

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