阅读说明：本技术 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 (Energy consumption optimization method based on dynamic idle time mixed key cycle task ) 是由 张忆文 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：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S<Sub>U</Sub>；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I<Sub>HI</Sub>和所有周期任务提早完成产生的动态空闲时间I<Sub>C</Sub>；步骤D：根据系统可利用空闲时间I＝I<Sub>HI</Sub>+I<Sub>C</Sub>计算周期任务在低模式下的速度S<Sub>L</Sub>,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。(The invention discloses an energy consumption optimization method based on a dynamic idle time mixed key cycle task, which comprises the following steps: step A: scheduling a mixed key cycle task set by using a dynamic priority strategy; and B: calculating a static speed S of a periodic task unity U (ii) a And C: reclaiming idle time I generated by high-key-level periodic tasks which have finished executing in low mode HI And dynamic idle time I generated by early completion of all periodic tasks C (ii) a Step D: according to the available idle time I ═ I of the system HI +I C Calculating the speed S of a periodic task in a low mode L High key hierarchy periodic task execution in low modeAnd when the line time exceeds the execution time of the periodic tasks under the worst condition in the low mode, the high mode is entered, the high-key-level periodic tasks are executed at the fastest processor speed all the time in the high mode, and all the low-key-level periodic tasks are discarded. The invention has the advantages of reducing energy consumption and the like.)

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τ_i的相对截止期限等于T_i；高关键层次周期任务τ_i的相对截 止期限等于xT_i，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，

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，…，τ_n}，其中每个周期任务τ_i由五元组{T_i，D_i，ξ_i，A_i，C_i}组成，1≤i≤n，i∈Z，其中T_i是周期任务τ_i的周期；D_i是周期任务τ_i的相对截止期限，且其等于T_i；ξ_i是周期 任务τ_i的关键层次，ξ_i∈{LO，HI}，ξ_i＝LO时，周期任务τ_i为低关键层次任务，ξ_i＝HI时， 周期任务τ_i为高关键层次任务；A_i为周期任务τ_i的不同模式下的实际执行时间； A_i∈{A_i(LO)，A_i(HI)}，A_i(LO)和A_i(HI)分别为周期任务τ_i在低模式和高模式下的实际执 行时间；C_i为周期任务τ_i的不同模式下的最坏情况下执行时间，C_i∈{C_i(LO)，C_i(HI)}，C_i(LO)和C_i(HI)分别为周期任务τ_i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τ_i以速度S执行，其执行时间不超过C_i(LO)/S；所述高模式表示高关键层次周期任务τ_i以速度S执行，其执行时间超 过C_i(LO)/S但不超过C_i(HI)/S，且所有低关键层次任务被丢弃；当周期任务τ_i为低 关键层次周期任务时，A_i(LO)＝A_i(HI)，C_i(LO)＝C_i(HI)，A_i(LO)≤C_i(LO)；当周期任务τ_i为高关键层次周期任务时，A_i(LO)≤A_i(HI)，C_i(LO)≤C_i(HI)，A_i(LO)≤C_i(LO)， A_i(HI)≤C_i(HI)。

步骤B：计算周期任务统一的静态速度S_U，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，

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I_HI和所有周期任务提早完成产生的动态空闲时间I_C，其中，

步骤D：根据系统可利用空闲时间I＝I_HI+I_C计算周期任务在低模式下的速度S_L，S_L＝min{S_U，S_A}，S_A是利用空闲时间调节后的速度，

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C_i(LO)/S_L，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	T<sub>i</sub>	ξ<sub>i</sub>	C<sub>i</sub>(LO)	C<sub>i</sub>(HI)	A<sub>i</sub>(LO)	A<sub>i</sub>(HI)
							τ<sub>1</sub>	6	LO	2	2	2	2
τ<sub>2</sub>	8	HI	2	3	1	2
							τ<sub>3</sub>	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S_U＝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。