CN110806795B - 一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法 - Google Patents

一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110806795B
CN110806795B CN201911029522.3A CN201911029522A CN110806795B CN 110806795 B CN110806795 B CN 110806795B CN 201911029522 A CN201911029522 A CN 201911029522A CN 110806795 B CN110806795 B CN 110806795B
Authority
CN
China
Prior art keywords
task
periodic
key
tasks
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911029522.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110806795A (zh
Inventor
张忆文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaqiao University
Original Assignee
Huaqiao University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaqiao University filed Critical Huaqiao University
Priority to CN201911029522.3A priority Critical patent/CN110806795B/zh
Publication of CN110806795A publication Critical patent/CN110806795A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110806795B publication Critical patent/CN110806795B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3234—Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/329—Power saving characterised by the action undertaken by task scheduling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3234—Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/3243—Power saving in microcontroller unit
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/48—Program initiating; Program switching, e.g. by interrupt
    • G06F9/4806—Task transfer initiation or dispatching
    • G06F9/4843—Task transfer initiation or dispatching by program, e.g. task dispatcher, supervisor, operating system
    • G06F9/4881—Scheduling strategies for dispatcher, e.g. round robin, multi-level priority queues
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/50—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU]
    • G06F9/5005—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request
    • G06F9/5027—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resource being a machine, e.g. CPUs, Servers, Terminals
    • G06F9/5038—Allocation of resources, e.g. of the central processing unit [CPU] to service a request the resource being a machine, e.g. CPUs, Servers, Terminals considering the execution order of a plurality of tasks, e.g. taking priority or time dependency constraints into consideration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2209/00—Indexing scheme relating to G06F9/00
    • G06F2209/48—Indexing scheme relating to G06F9/48
    • G06F2209/484—Precedence
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2209/00—Indexing scheme relating to G06F9/00
    • G06F2209/50—Indexing scheme relating to G06F9/50
    • G06F2209/5021—Priority
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Debugging And Monitoring (AREA)
  • Power Sources (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于动态空闲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：在低模式下回收已经完成执行的高关键层次周期任务产生的空闲时间IHI和所有周期任务提早完成产生的动态空闲时间IC；步骤D：根据系统可利用空闲时间I＝IHI+IC计算周期任务在低模式下的速度SL，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在高模式下始终以最快的处理器速度执行，且所有低关键层次周期任务都被丢弃。本发明具有降低能耗等优点。

Description

一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法
技术领域
本发明涉及一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法。
背景技术
实时系统不仅要求逻辑上正确，而且对时限有严格的要求。随着实时系统 的发展，其广泛应用于生产和生活中，特别是制造业、航空航天、医疗与工业 生产等；而混合关键系统是实时系统的一种应用典型，其在同一个平台上满足 不同应用层次的需求，无人机与汽车自动驾驶系统就是其典型应用；随着处理 器技术的快速发展，其能耗越来越高，高能耗不仅影响处理器寿命和系统可靠 性，而且还增加产品的生产成本；能耗已经成为制约混合关键系统发展的主要 因素，因此，降低混合关键系统的能耗具有重要的理论意义和实际价值。
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
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于动态空闲时间混合 关键周期任务的能耗优化方法。
本发明的有益效果是：
1、获取并有效利用空闲时间降低周期任务在低模式的执行速度，有效地 降低系统能耗，根据调节后的执行速度计算执行时间，根据执行时间调节处理 器的速度，即舍弃低关键层次周期任务而以最快的速度执行高关键层次周期任 务，根据任务执行状况合理调节速度，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。
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。
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动态空闲时 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
实施例，本发明的一种基于动态空闲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；
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。
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，
Figure BDA0002249686330000031
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。
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)。
步骤B：计算周期任务统一的静态速度SU，
Figure BDA0002249686330000032
其中，
Figure BDA0002249686330000033
是低关键层次周期任务在低模式下的利用率，
Figure BDA0002249686330000034
Figure BDA0002249686330000035
是高关 键层次周期任务在低模式下的利用率，
Figure BDA0002249686330000036
步骤C：在低模式下回收已经完成执行的高关键层次周期任务产生的空闲 时间IHI和所有周期任务提早完成产生的动态空闲时间IC，其中，
Figure BDA0002249686330000037
步骤D：根据系统可利用空闲时间I＝IHI+IC计算周期任务在低模式下的速度SL，SL＝min{SU，SA}，SA是利用空闲时间调节后的速度，
Figure BDA0002249686330000041
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，即其执行时间超过Ci(LO)/SL，进入高模式，高关键层次周期任务在高模 式下始终以最快的处理器速度执行，且所有低关键层次周期任务都被丢弃，也 就是说在高模式下，只执行高关键层次周期任务。
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：
表1周期任务参数
任务 Ti ξi Ci(LO) Ci(HI) Ai(LO) Ai(HI)
τ1 6 LO 2 2 2 2
τ2 8 HI 2 3 1 2
τ3 16 LO 4 4 2 2
通过计算可知，低关键层次周期任务的最优速度为0.86，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+0.2*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。采用现有的混合关键系统周期任务调度方 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 31.56；采用本实施例的一种基于动态空闲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29.76，可见，采用本实施例的方 法比现有的混合关键系统周期任务调度方法节约5.70％的能耗。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于动态空闲时间混合关键 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。

Claims (8)

1.一种基于动态空闲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：在低模式下回收已经完成执行的高关键层次周期任务产生的空闲时间IHI和所有周期任务提早完成产生的动态空闲时间IC；
步骤D：根据系统可利用空闲时间I＝IHI+IC计算周期任务在低模式下的速度SL，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在高模式下始终以最快的处理器速度执行，且所有低关键层次周期任务都被丢弃；
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为低关键层次周期任务，ξi＝HI时，周期任务τi为高关键层次周期任务；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。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态空闲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)。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态空闲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周期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。
4.根据权利要求3所述的一种基于动态空闲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，
Figure FDA0003975197390000021
5.根据权利要求4所述的一种基于动态空闲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
Figure FDA0003975197390000022
其中，
Figure FDA0003975197390000023
是低关键层次周期任务在低模式下的利用率；
Figure FDA0003975197390000024
是高关键层次周期任务在低模式下的利用率；x＝1-U为截止期限系数，其中，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所述的一种基于动态空闲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
Figure FDA0003975197390000025
所述高关键层次周期任务在低模式下的利用率
Figure FDA0003975197390000026
所述高关键层次周期任务的额外负载利用率
Figure FDA0003975197390000027
7.根据权利要求1所述的一种基于动态空闲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，已经完成执行的高关键层次周期任务产生的空闲时间
Figure FDA0003975197390000028
所有周期任务提早完成产生的动态空闲时间
Figure FDA0003975197390000029
8.根据权利要求1所述的一种基于动态空闲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，所述周期任务在低模式下的速度SL＝min{SU，SA}，min表示SL取SU和SL两者中的最小值，其中，
Figure FDA0003975197390000031
CN201911029522.3A 2019-10-28 2019-10-28 一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法 Active CN110806795B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911029522.3A CN110806795B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911029522.3A CN110806795B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110806795A CN110806795A (zh) 2020-02-18
CN110806795B true CN110806795B (zh) 2023-03-28

Family

ID=69489247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911029522.3A Active CN110806795B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110806795B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114578947B (zh) * 2022-02-21 2023-05-26 华侨大学 动态优先级能耗感知非精确混合关键任务调度方法和系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013157244A1 (ja) * 2012-04-18 2013-10-24 日本電気株式会社 タスク配置装置、タスク配置方法、および、コンピュータ・プログラム
CN108984292A (zh) * 2018-08-14 2018-12-11 华侨大学 混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法
CN109324891A (zh) * 2017-07-31 2019-02-12 沈阳高精数控智能技术股份有限公司 一种比例空闲时间分配的周期任务低功耗调度方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8291421B2 (en) * 2008-11-19 2012-10-16 Sharp Laboratories Of America, Inc. Idle task monitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013157244A1 (ja) * 2012-04-18 2013-10-24 日本電気株式会社 タスク配置装置、タスク配置方法、および、コンピュータ・プログラム
CN109324891A (zh) * 2017-07-31 2019-02-12 沈阳高精数控智能技术股份有限公司 一种比例空闲时间分配的周期任务低功耗调度方法
CN108984292A (zh) * 2018-08-14 2018-12-11 华侨大学 混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
截止时限为关键参数的混合关键级实时任务调度研究;黄丽达等;《计算机研究与发展》(第07期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110806795A (zh) 2020-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110308977B (zh) 一种动态利用率更新混合关键偶发任务低能耗方法
CN108984292B (zh) 混合关键系统固定优先级周期任务能耗优化方法
CN110288153B (zh) 一种最优速度混合关键周期任务能耗优化方法
CN114578947B (zh) 动态优先级能耗感知非精确混合关键任务调度方法和系统
CN111984389A (zh) 一种基于双截止期限的资源共享混合关键周期任务能耗优化方法
CN109597378B (zh) 一种资源受限混合任务能耗感知方法
CN110070219A (zh) 一种基于截止期限混合关键系统静态能耗优化方法
CN106970835B (zh) 固定优先级资源受限系统层次能耗优化方法
CN110806795B (zh) 一种基于动态空闲时间混合关键周期任务的能耗优化方法
CN112486652B (zh) 一种非抢占固定优先级混合关键任务能耗优化调度方法
CN109918185B (zh) 基于虚拟任务固定优先级混合关键系统调度方法
CN110850954B (zh) 一种基于固定优先级事件触发混合关键偶发任务的能耗优化方法
CN113535356B (zh) 一种能量感知的分层任务调度方法和装置
CN110825504B (zh) 一种基于服务器混合关键偶发任务能耗优化方法
CN108897625A (zh) 基于dag模型的并行调度方法
CN110837291B (zh) 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
CN114578946B (zh) 一种非精确混合关键任务非抢占动态优先级能耗优化方法
CN111210286A (zh) 一种基于税控服务器的发票高效开具方法及系统
CN116126503A (zh) 动态优先级半透视非精确混合关键任务能耗优化调度方法
CN114578945B (zh) 非抢占动态优先级混合关键任务能耗感知实时调度方法
CN114578944B (zh) 固定优先级利用率更新混合关键任务能耗感知方法和系统
CN112365184B (zh) 一种计及负荷集成商历史调控性能的需求响应调度方法
CN115016632B (zh) 一种基于多处理器分区的动态优先级节能调度方法
CN112633589B (zh) 一种基于概率模型混合关键任务能耗优化调度方法
CN111813553A (zh) 一种基于可选因子周期任务动态优先级低能耗方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant