CN117149441B - 一种应用于IoT的任务调度优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于IoT的任务调度优化方法，包括：预设所控设备的响应时限；根据所述响应时限设置OS和通讯基带MAC中任务调度方式；当对所控设备有通讯请求时，在设定的时间限制内完成通讯任务。采用本发明方法时，CPU、MAC可共同安排任务、制定任务优先程度，并根据优先程度进行排序；终端的回复时间可以定义，因此每个任务之间的等待时间可以预估并一致化，使得获准通讯请求所需时间是可以预设的，并通过相应的硬件架构降低了成本。系统资源由中央处理单元与MAC共同排定，可将高优先级的需求往前排，或是低优先级或等待时间过长的需求往后排，可节省系统的处理时间，并且获得节省功耗的好处。
Description
技术领域
本发明属于芯片技术领域，具体涉及一种应用于IoT的任务调度优化方法。
背景技术
在现有技术中，传统意义上OS（操作系统）的任务调度是按照时间分片分配CPU资源给多个任务。通讯基带MAC的任务调度是按照优先级队列分配PHY/空口资源给多个任务。当对设备有通讯请求时首先要从OS任务调度那里得到时间分片然后再等到通讯基带MAC任务调度的PHY/空口资源。由于通过CPU安排每个任务的执行，没有绝对的规律性，并且需等待终端给予恢复后才能够安排下一个任务；每个终端回复的反应时间也并不一致；当有中断要求时，CPU会跳脱先处理完成后再恢复任务排列；而MAC/PHY空口资源除了需等待CPU排定行程外，尚需等待自身的资源准备完成。
现有技术中，除了每个装置各自处理任务所需的时间外，中央处理单元在安排流程时将使得装置之间有不同的等待时间，等待时间的长短会因装置的就绪状态与系统是否已经准备好资源能够释出而有所不同。在这种情况下无法确定获准通讯请求所需的时间。
以目前WiFi based系统用于IoT（Internet of Things 物联网）为例，在一个IoT网络系统中不是所有的用户（Client）端设备都在执行同一功能，绝大多数IoT用户（Client）端设备各自具有单一功能，而且其中一些设备对于性能具有很高的要求，不同情境和工作条件下，要求并不相同。比如在工业IoT生产过程监控中，对数据传输实时性有很高要求。而在环境监控应用中对低功耗具有很高要求。因此无法使得非适用的client暂时关闭来释放频宽或降低系统功耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种应用于IoT的任务调度优化方法，由中央处理单元与MAC共同排定系统资源，并使得获准通讯请求所需时间能够预设。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种应用于IoT的任务调度优化方法，包括如下步骤：
步骤1、预设所控设备的响应时限；
步骤2、根据所述响应时限设置OS和通讯基带MAC中任务调度方式，具体包括如下子步骤：
步骤201、将OS任务调度和通讯基带MAC任务调度合并，同时得到OS任务调度的时间分片以及通讯基带MAC的PHY/空口资源；
步骤202，选择时间分片的周期和调整优先级队列，CPU和MAC共同安排任务，并根据任务优先程度安排优先级队列中各任务执行顺序；
步骤3、当对所控设备有通讯请求时，在设定的时间限制内完成通讯任务。
进一步的，所述步骤201中，通过MAC提供的周期时钟，对所有的子任务队列，进行基于时钟事件的调度。
进一步的，所述步骤201中，OS的时间片和Baseband通讯系统的时间进行绑定，OS的调度时机是Baseband时间片的调度时间。
进一步的，所述优先级队列中每个任务之间的等待时间相同。
进一步的，所述优先级队列中每个任务之间的等待时间根据设备类型设定，同一类型设备等待时间相同。
进一步的，当存在高优先级的任务时，MAC抢占高优先级的时间片。
本发明的有益效果为：
采用本发明方法时，CPU、MAC可共同安排任务、制定任务优先程度，并根据优先程度进行排序；终端的回复时间可以定义，因此每个任务之间的等待时间可以预估并一致化，使得获准通讯请求所需时间是可以预设的，并通过相应的硬件架构降低了成本。系统资源由中央处理单元与MAC共同排定，可将高优先级的需求往前排，或是低优先级或等待时间过长的需求往后排，可节省系统的处理时间，并且获得节省功耗的好处。
相较于现有技术，本发明在相同计算能力基础上，可以获得更有效率的安排与节省功耗；当有高优先级的传输需要时间的时候，高优先级的时间片会被MAC自身抢占。这样就使得获准通讯请求所需时间是可以预设的，实现了确定性（deterministic）。同时，本发明的架构以最少的硬件资源分时来实现多种功能从而减少SOC芯片面积，降低了芯片成本。
附图说明
图1为本发明提供的应用于IoT的任务调度优化方法流程示意图。
图2为系统中各部分角色和执行任务示意图。
图3为采用现有技术和本发明方法的任务调度对比示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供了一种应用于IoT的任务调度优化方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
步骤1、对于所控设备预设响应时限。所控设备可能为多个，响应时限可以各自设定，也可以针对同一类设备设定同一个响应时限值。
步骤2、根据上述响应时限设置OS和通讯基带MAC中任务调度的算法；包括如下子步骤：
步骤201、OS任务调度和通讯基带MAC任务调度合并，同时得到OS任务调度的时间分片以及通讯基带MAC的PHY（物理层）/空口资源。
目前大部分的通讯系统均是基于Frame来传输。例如LTE使用的Frame/Harf-Frame，每一个Frame的时间是10ms。通过以Slot作为最小单位的nxOFDM Symbol进行全局的调度。在本发明中，Slot被时间片的机制取代，OS的时间片和Baseband通讯系统的时间通过IPC（Inter Process Connection）进行绑定，OS的调度时机，也正好是Baseband时间片的调度时间。通过该机制，缩短了通讯系统响应的整体耗时。
我们把任务调度相关的架构增加进了MAC层，通过MAC提供的周期时钟，对所有的子任务队列，进行基于clock Event（时钟事件）的调度。
步骤202、选择时间分片的周期（可根据优先级顺序选择）和调整优先级队列，使得获准通讯请求所需时间可预设；CPU、MAC可共同安排任务、决定任务优先程度，并根据任务优先程度安排各任务执行顺序。
在本发明的一个具体实施例应用场景中，系统从接口装置101、接口装置102分别提取资料，并输出到实体层108；系统从接口装置103输出资料。系统中各部分角色和需要执行的任务如图2所示。
从接口装置101输入资料后，资料将先送往中央处理单元105（该任务时间分片为TIO_A），接着再送往记忆体104暂存（该任务时间分片为Tmem），等待系统资源释出后再将资料搬往存储装置106（该任务时间分片为THDD）。
从接口装置102输入资料后，资料将先送往中央处理单元105（该任务时间分片为TIO_B），接着再送往记忆体104暂存（该任务时间分片为Tmem），等待系统资源释出后再将资料搬往存储装置106（该任务时间分片为THDD）。
从储存装置106将资料送往记忆体104暂存（该任务时间分片为THDD）；等待中央处理105单元排定资源后，将记忆体104上的资料输出往接口装置103（该任务时间分片为Tmem、TIO_C）。
从记忆体中提取资料（该任务时间分片为Tmem），等待中央处理单元105与MAC 107沟通并排定资源（该任务时间分片为TMAC），将资料通过MAC 107后输出到实体层108（该任务时间分片为TPHY）。
图3中上半部分为现有技术对任务队列的排序，显然，各时间片之间有不同的等待时间，整体耗时较长。图3中下半部分为采用本发明方法优化后的任务队列，由于系统连接的装置为已知，可预设装置就绪的最小准备时间，使得每个流程之间的等待时间为固定(Tint)，不会过度等待，等待时间可以预估并一致化，这使得获准通讯请求所需时间是可以预设的。当针对不同设备设置有不同响应时限值时，流程之间的等待时间也可以根据需要进行设置为不同。通常可以同类型设备设置一个等待时间。
优先级机制主要性能的提升体现在快速响应数据的时间的确定性，比如说报警信息，SensorNode（传感器节点）产生报警之后，会通过公共信道发送节点ID，此时，Application（应用）会产生优先级调度申请。SensorNode的通讯优先级提升，优先级比较低的Node/Baseband Mac Layer会运行随机避让算法，对Node接入进行信道避让，这样一来优先级比较高的信息就会被优先传送，而优先级比较低的Node会根据自身的角色进行响应的动作。如此能够保证紧急数据能够快速得到机会传输，需要注意的是，为了保证系统整体的QOS等级，高优先级数据，数据量不能太大，分配给高优先级任务的时间片长度最好保持在<1ms的等级。
当有高优先级的传输需要时间的时候，如图3下半部分中，当有更高优先级接入时，高优先级的时间片会被MAC自身抢占，发送MAC指令给其他node，并缓存上层数据。
当Node产生了紧急数据，OS会根据紧急等级，将OS任务优先级提高，同时产生Baseband中断，让Mac层通过公共RF channel（射频信道）通知MAC调度完成对Baseband优先级的调整，让当前的任务（上层或系统正在运行的应用）及时获取到通讯权限。MAC获取通讯权限之后，在Task被切换出调度之前，将紧急数据发送出去。
步骤3、当对所控设备有通讯请求时，在设定的响应时限内完成通讯任务。
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种应用于IoT的任务调度优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、预设所控设备的响应时限；
步骤2、根据所述响应时限设置OS和通讯基带MAC中任务调度方式，具体包括如下子步骤：
步骤201、将OS任务调度和通讯基带MAC任务调度合并，同时得到OS任务调度的时间分片以及通讯基带MAC的PHY/空口资源；通过MAC提供的周期时钟，对所有的子任务队列，进行基于时钟事件的调度，OS的时间片和Baseband通讯系统的时间进行绑定，OS的调度时机是Baseband时间片的调度时间；
步骤202，选择时间分片的周期和调整优先级队列，CPU和MAC共同安排任务，并根据任务优先程度安排优先级队列中各任务执行顺序；优先级队列中每个任务之间的等待时间相同；当存在高优先级的任务时，MAC抢占高优先级的时间片；
步骤3、当对所控设备有通讯请求时，在设定的时间限制内完成通讯任务。
2.根据权利要求1所述的应用于IoT的任务调度优化方法，其特征在于，所述优先级队列中每个任务之间的等待时间根据设备类型设定，同一类型设备等待时间相同。
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