CN110850954B - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了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，其包括以下步骤：步骤A：根据偶发任务的关键层次对混合关键偶发任务集Γ排序；步骤B：计算混合关键偶发任务集Γ的负载
Figure DDA0002249637610000011
步骤C：根据固定优先级策略调度可行的条件，计算偶发任务的静态速度
Figure DDA0002249637610000012
步骤D：根据不同的事件，确定当前系统的负载UC；步骤E：确定偶发任务在低模式下的速度SL＝min{ST，UC}和高关键层次偶发任务在高模式下的速度

Description

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
技术领域
本发明涉及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。
背景技术
实时系统与我们的生活息息相关，目前已经广泛应用于制造业、航空航天、通信和医疗等行业，实时系统按照任务到达的时间间隔，可以将任务划分为周期任务、偶发任务和非周期任务，周期任务是指相邻两个任务实例的到达时间间隔是固定的常数，这个常数成为任务的周期，偶发任务是指两个任务实例的到达时间间隔是随机的，但大于某一常数，这个常数称为最小释放时间，非周期任务是两个任务实例的到达时间间隔是完全随机的。
混合关键系统是一种实时系统，其能够在一个平台上实现不同的功能，以满足不同层次应用的需要，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，能耗对于混合关键系统而言尤其重要，它不仅影响到系统可靠性与稳定性，而且还会影响CPU的使用寿命。
偶发任务是混合关键系统中的一类重要任务，关于混合关键系统偶发任务能耗感知方法的研究比较少，仅有的少数研究主要集中在利用动态优先级策略，系统可预测性比较差，且对系统空闲时间的利用率比较低，造成节能效果不理想。因此，如何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，提供一种基于固定优先级事件触发混合关键偶发任务的能耗优化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
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，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤A：根据偶发任务的关键层次对混合关键偶发任务集Γ排序；
步骤B：计算混合关键偶发任务集Γ的负载
Figure GDA0002353388590000021
其中，/>
Figure GDA0002353388590000022
是低关键层次偶发任务在低模式下的利用率，/>
Figure GDA0002353388590000023
是高关键层次偶发任务在高模式下的利用率；
步骤C：根据固定优先级策略调度可行的条件，计算偶发任务的静态速度
Figure GDA0002353388590000024
其中，F(n)为固定优先级策略调度可行的利用率上界，/>
Figure GDA0002353388590000025
n为混合关键偶发任务集Γ中偶发任务的个数，n∈Z；
步骤D：根据不同的事件，确定当前系统的负载UC，当某个偶发任务τi到达时，UC＝UC+Yi，其中Yi为与所述偶发任务τi的利用率相关的常数，1≤i≤n，i∈Z，当经过一定时间后，所述偶发任务τi没有到达时，UC＝UC-Yi，当所述偶发任务τi被抢占执行或者完成执行时，UC保持不变；
步骤E：确定偶发任务在低模式下的速度SL＝min{ST，UC}和高关键层次偶发任务在高模式下的速度
Figure GDA0002353388590000026
在另一较佳实施例中，步骤A中，所述混合关键偶发任务集Γ是由n个混合关键偶发任务组成的集合即Γ＝{τ1，τ2，…，τn}，其中每个偶发任务τi由四元组{Ti，Li，Ci(LO)，Ci(HI)}组成，其中Ti是偶发任务τi的最小释放时间；Li是偶发任务τi的关键层次，Li∈{LO，HI}，Li＝LO时，偶发任务τi为低关键层次任务，Li＝HI时，偶发任务τi为高关键层次任务；Ci(LO)和Ci(HI)分别为偶发任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间，Li＝LO时，偶发任务τi为低关键层次偶发任务，此时Ci(HI)＝Ci(LO)；Li＝HI时，偶发任务τi为高关键层次偶发任务，此时Ci(HI)≥Ci(LO)。
在另一较佳实施例中，所述低模式表示偶发任务τi以速度S执行，其执行时间不超过
Figure GDA0002353388590000031
就可以完成执行，所述高模式表示高关键层次偶发任务τi以速度S执行，其执行时间超过/>
Figure GDA0002353388590000032
但不超过/>
Figure GDA0002353388590000033
就可以完成执行，且所有低关键层次任务被丢弃。
在另一较佳实施例中，步骤A中，所述排序方法包括将偶发任务先按照其关键层次排序，即高关键层次任务排在前面，低关键层次任务排在后面；当任务的关键层次相同时，再根据其最小释放时间进行排序，最小释放时间小的排在前面，最小释放时间大的排在后面；当任务的最小释放时间相同时，根据任务的到达时间排序，到达时间早的排在前面，到达时间晚的排在后面；当任务的到达时间相同时，根据任务的下标i排序，下标小的排在前面，下标大的排在后面；排在前面的任务被优先调度。
在另一较佳实施例中，步骤B中，所述低关键层次偶发任务在低模式下的利用率
Figure GDA0002353388590000034
所述高关键层次偶发任务在高模式下的利用率/>
Figure GDA0002353388590000035
在另一较佳实施例中，步骤D中，所述常数
Figure GDA0002353388590000036
在另一较佳实施例中，步骤D中，所述一定时间为偶发任务τi的最小释放时间Ti。
本发明的有益效果是：
通过不同事件触发的方法，确定当前系统的负载，进而确定偶发任务的最终执行速度，有效地降低系统能耗，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。
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固定优先级事件触发混合关键偶发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，本发明的一种基于固定优先级事件触发混合关键偶发任务的能耗优化方法，其包括以下步骤：
步骤A：根据偶发任务的关键层次对混合关键偶发任务集Γ排序，所述所述混合关键偶发任务集Γ是由n个混合关键偶发任务组成的集合即Γ＝{τ1，τ2，…，τn}，1≤i≤n，i∈z，其中每个偶发任务τi由四元组{Ti，Li，Ci(LO)，Ci(HI)}组成，其中Ti是偶发任务τi的最小释放时间；Li是偶发任务τi的关键层次，Li∈{LO，HI}，Li＝LO时，偶发任务τi为低关键层次任务，Li＝HI时，偶发任务τi为高关键层次任务；Ci(LO)和Ci(HI)分别为偶发任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间，Li＝LO时，偶发任务τi为低关键层次偶发任务，此时Ci(HI)＝Ci(LO)；Li＝HI时，偶发任务τi为高关键层次偶发任务，此时Ci(HI)≥Ci(LO)。
所述低模式表示偶发任务τi以速度S执行，其执行时间不超过
Figure GDA0002353388590000041
就可以完成执行，所述高模式表示高关键层次偶发任务τi以速度S执行，其执行时间超过/>
Figure GDA0002353388590000042
但不超过
Figure GDA0002353388590000043
就可以完成执行，且所有低关键层次任务被丢弃，也就是说进入高模式时只执行高关键层次偶发任务。
所述排序方法包括将偶发任务先按照其关键层次排序，即高关键层次任务排在前面，低关键层次任务排在后面；当任务的关键层次相同时，再根据其最小释放时间进行排序，最小释放时间小的排在前面，最小释放时间大的排在后面；当任务的最小释放时间相同时，根据任务的到达时间排序，到达时间早的排在前面，到达时间晚的排在后面；当任务的到达时间相同时，根据任务的下标i排序，下标小的排在前面，下标大的排在后面；排在前面的任务被优先调度。
步骤B：计算混合关键偶发任务集Γ的负载
Figure GDA0002353388590000051
其中，/>
Figure GDA0002353388590000052
是低关键层次偶发任务在低模式下的利用率，/>
Figure GDA0002353388590000053
是高关键层次偶发任务在高模式下的利用率，其中，/>
Figure GDA0002353388590000054
步骤C：根据固定优先级策略调度可行的条件，计算偶发任务的静态速度
Figure GDA0002353388590000055
其中，F(n)为固定优先级策略调度可行的利用率上界，/>
Figure GDA0002353388590000056
n为混合关键偶发任务集Γ中偶发任务的个数，混合关键偶发任务集Γ以静态速度ST执行，其负载UW会发现相应的变化，变化后的负载为UW/ST，因此，任务集调度可行必须满足UW/ST≤F(n)，所以，偶发任务的静态速度/>
Figure GDA0002353388590000057
步骤D：根据不同的事件，确定当前系统的负载UC，当某个偶发任务τi到达时，UC＝UC+Yi，其中
Figure GDA0002353388590000058
为与所述偶发任务τi的利用率相关的常数，当经过Ti时间后，所述偶发任务τi没有到达时，UC＝UC-Yi，当所述偶发任务τi被抢占执行或者完成执行时，UC保持不变。
步骤E：确定偶发任务在低模式下的速度SL＝min{ST，UC}和高关键层次偶发任务在高模式下的速度
Figure GDA0002353388590000059
本实施例的一次实验模型中，混合关键偶发任务集Γ包含3个混合关键偶发任务，即n＝3，任务的具体参数如表1所示：
表1 偶发任务参数
任务 T<sub>i</sub> L<sub>i</sub> C<sub>i</sub>(LO) C<sub>i</sub>(HI)
τ<sub>1</sub> 8 HI 1 2
τ<sub>2</sub> 16 LO 4 4
τ<sub>3</sub> 32 LO 4 4
通过计算可知，F(3)＝0.78，UW＝0.625，ST＝0.80，SH＝0.32；偶发任务τ1的到达时刻分别为0，10，19，27；偶发任务τ2的到达时刻分别为0，19；偶发任务τ3的到达时刻为2；使用PXA270处理器的功耗模型，其功耗为P＝0.08+1.52*S3，空闲状态的功耗为0.08；在区间[0，32]调度混合关键偶发任务集Γ；采用传统静态算法，即偶发任务在低模式以静态速度ST执行，高模式以最大处理器速度执行，调度混合关键偶发任务集在低模式下的能耗为19.49；采用本实施例的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调度混合关键偶发任务集在低模式下的能耗为10.18，可见，采用本实施例的方法比其他方法节约47.77％的能耗。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的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，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 (6)

1.一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，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤A：根据偶发任务的关键层次对混合关键偶发任务集Γ排序；
步骤B：计算混合关键偶发任务集Γ的负载
Figure FDA0003975195690000011
其中，/>
Figure FDA0003975195690000012
是低关键层次偶发任务在低模式下的利用率，/>
Figure FDA0003975195690000013
是高关键层次偶发任务在高模式下的利用率；
步骤C：根据固定优先级策略调度可行的条件，计算偶发任务的静态速度
Figure FDA0003975195690000014
其中，F(n)为固定优先级策略调度可行的利用率上界，/>
Figure FDA0003975195690000015
n为混合关键偶发任务集Γ中偶发任务的个数，n∈Z；
步骤D：根据不同的事件，确定当前系统的负载UC，当某个偶发任务τi到达时，UC＝UC+Yi，其中Yi为与所述偶发任务τi的利用率相关的常数，1≤i≤n，i∈Z，当经过一定时间后，所述偶发任务τi没有到达时，UC＝UC-Yi，当所述偶发任务τi被抢占执行或者完成执行时，UC保持不变；
步骤E：确定偶发任务在低模式下的速度SL＝min{ST，UC}和高关键层次偶发任务在高模式下的速度
Figure FDA0003975195690000016
步骤A中，所述混合关键偶发任务集Γ是由n个混合关键偶发任务组成的集合即Γ＝{τ1，τ2，…，τn}，其中每个偶发任务τi由四元组{Ti，Li，Ci(LO)，Ci(HI)}组成，其中Ti是偶发任务τi的最小释放时间；Li是偶发任务τi的关键层次，Li∈{LO，HI}，Li＝LO时，偶发任务τi为低关键层次任务，Li＝HI时，偶发任务τi为高关键层次任务；Ci(LO)和Ci(HI)分别为偶发任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间，Li＝LO时，偶发任务τi为低关键层次偶发任务，此时Ci(HI)＝Ci(LO)；Li＝HI时，偶发任务τi为高关键层次偶发任务，此时Ci(HI)≥Ci(LO)。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述低模式表示偶发任务τi以速度S执行，其执行时间不超过
Figure FDA0003975195690000017
就可以完成执行，所述高模式表示高关键层次偶发任务τi以速度S执行，其执行时间超过/>
Figure FDA0003975195690000021
但不超过/>
Figure FDA0003975195690000022
就可以完成执行，且所有低关键层次任务被丢弃。
3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤A中，所述排序方法包括将偶发任务先按照其关键层次排序，即高关键层次任务排在前面，低关键层次任务排在后面；当任务的关键层次相同时，再根据其最小释放时间进行排序，最小释放时间小的排在前面，最小释放时间大的排在后面；当任务的最小释放时间相同时，根据任务的到达时间排序，到达时间早的排在前面，到达时间晚的排在后面；当任务的到达时间相同时，根据任务的下标i排序，下标小的排在前面，下标大的排在后面；排在前面的任务被优先调度。
4.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤B中，所述低关键层次偶发任务在低模式下的利用率
Figure FDA0003975195690000023
所述高关键层次偶发任务在高模式下的利用率/>
Figure FDA0003975195690000024
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤D中，所述常数
Figure FDA0003975195690000025
6.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤D中，所述一定时间为偶发任务τi的最小释放时间Ti。
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