多核嵌入式系统总线冲突避免的节能调度综述

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一种面向嵌入式多核系统的任务调度方法

一种面向嵌入式多核系统的任务调度方法
吕鹏伟;刘从新;沈绪榜
【期刊名称】《微电子学与计算机》
【年(卷),期】2017(34)4
【摘要】针对嵌入式多核处理器资源有限的特点,提出了一种基于软件流水的任务调度方法.该调度方法使用整数线性规划方程对软件流水中的工作负载、通信开销和存储空间进行建模,通过实现多核处理器的负载均衡、减少核间通信开销和优化存储空间的使用来提高程序的性能.最终在Revealer处理器上进行实验,实验表明该调度方法相对于其他任务调度方法,程序性能获得不同程度的提高,能够更好地适应于嵌入式多核处理器.
【总页数】7页(P1-7)
【关键词】嵌入式系统;多核处理器;软件流水;任务调度
【作者】吕鹏伟;刘从新;沈绪榜
【作者单位】西安微电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP314
【相关文献】
1.一种多核系统可靠性加强的任务调度方法 [J], 徐超;何炎祥;陈勇;刘健博;吴伟;李清安
2.一种适用于嵌入式数控系统的任务调度方法 [J], 王文斌;陈伟
3.一种面向多核系统的Linux任务调度算法 [J], 曹越;顾乃杰;任开新;张旭;吴志强
4.一种多核系统任务调度算法动态度量方法 [J], 谢盈;吴尽昭
5.一种新的嵌入式系统实时多任务调度方法 [J], 张勰;龚龙庆
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嵌入式实时操作系统中实时调度算法综述

嵌入式实时操作系统中实时调度算法综述摘要：实时调度是指在有限的系统资源下，为一系列任务决定何时运行，并分配任务运行除CPU之外的资源，以保证其时间约束、时序约束和资源约束得到满足。

一个实时系统可以由单处理器系统来实现，也可以用多处理器系统来实现。

实时调度算法是保障实时系统时限性和高可靠性的最重要手段之一。

关键词：嵌入式；实时操作系统；实时调度算法；RTOS；RMS引言嵌入式系统在当今的生产和生活中得到了广泛的应用,鉴于嵌入式实时系统的特点,要求任务调度等实时内核功能精简和高效。

综合了EDF 和RM调度策略的CSD 调度策略,更加适合嵌入式系统的特点,满足其内核的要求。

任务调度策略是实时系统内核的关键部分,如何进行任务调度,使得各个任务能在其期限之内得以完成是实时操作系统的一个重要的研究领域。

它的精简和高效,对提高低处理能力,小内存系统整体性能具有重大的意义。

RTOS概述RTOS，即：实时系统（Real-time operating system），实时系统能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

它的正确性不仅依赖系统计算的逻辑结果，还依赖于产生这个结果的时间。

因此实时系统应该在事先先定义的时间范围内识别和处理离散事件的能力；系统能够处理和储存控制系统所需要的大量数据。

对一般的程序来说，大多数是考虑指令执行的逻辑顺序，指令何时执行并不重要。

而对实时应用系统的程序就不一样，当外部某激励出现时，系统必须以一定的方式和在限定的时间内响应它，如果已超时，那怕执行结果是正确的，系统也认为是失效的。

实时操作系统通常被分为软实时操作系统和硬实时操作系统。

前者意味着偶尔错过时限是可以容忍的；后者意味着执行过程不但必须正确而且必须准时。

在实时操作系统中，系统将程序分成许多任务(或进程)，而每个任务的行为都预先可知，或者是有明确的功能，系统根据一定的调度原则，决定谁可取得执行权，这就是RTOS的核心所在。

多核嵌入式系统的节能优化调度算法仿真

效性。
关键词：多核；嵌入式系统；节能优化调度
中图分类号：ＴＨ１２８文献标识码：Ｂ
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＳｃｈｅｄｕｌｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＭｕｌｔｉ— — ＣｏｒｅＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ
等级，传统的嵌入式节能优化调度方法在应用到多核系统中时，由于只能根据唯一标准的电压可变等级进行任务调度，无法
高效实现多核嵌入式系统的节能调度。为了高效节能，提出一种多核嵌入式系统的动态分批节能优化调度算法，分析了多核嵌入式系统的系统模型以及功耗和能耗模型，依据上述两种模型，针对多核嵌入式系统处理器集与任务集，综合分析各种影响因素，建立目标函数，在每次进行当前局部调度时，依据分批规则，在待调度任务集中选取一批任务，针对每一项任务，在每个处理器上执行目标函数，将离散电压等级转换成非平衡分配问题，一次性为上述每一个任务安排一个处理器，或为每个处理器安排一项任务，从而实现多核嵌入式系统的节能优化调度。仿真结果表明，所提方法具有很好的节能效果及高
ＰＥＮＧＷｅｎ —ｖｉ
（ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＢｒａｎｃｈ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００６４，Ｃｈｉｎａ）

嵌入式系统中的实时调度算法研究综述

嵌入式系统中的实时调度算法研究综述在嵌入式系统中，实时调度算法是一种关键技术，用于确保系统任务在规定的时间限制内完成。

实时调度算法的设计与选择直接关系到嵌入式系统的性能和稳定性。

本文将对嵌入式系统中的实时调度算法进行综述，介绍各种常用的实时调度算法及其优缺点。

一、实时嵌入式系统概述实时嵌入式系统是指对任务响应时间有严格要求的嵌入式系统。

这些系统通常需要满足硬实时或软实时要求，因此需要一种有效的实时调度算法来管理系统中的任务。

二、固定优先级调度算法固定优先级调度算法是最常见的实时调度算法之一。

该算法根据任务的优先级，为每个任务分配固定的优先级，并按照优先级顺序进行调度。

固定优先级调度算法简单易实现，适用于多数实时嵌入式系统。

然而，这种算法存在优先级反转等问题，可能导致任务错失截止期限。

三、最早截止期优先调度算法最早截止期优先调度算法（Earliest Deadline First, EDF）是一种基于动态优先级的调度算法。

该算法在每个任务开始执行时动态确定其优先级，优先调度最早截止期的任务。

EDF算法具有最优调度性能，并能在满足任务截止期限的前提下，提供最高系统利用率。

然而，EDF算法比固定优先级调度算法更为复杂，需要更多系统资源。

四、最高响应比优先调度算法最高响应比优先调度算法（Highest Response Ratio Next, HRRN）是一种基于任务响应比的调度算法。

该算法根据任务的等待时间和执行时间，计算任务的响应比，并按照响应比的降序进行调度。

HRRN算法相比EDF算法更简单，能够避免优先级反转问题。

然而，HRRN算法可能导致低优先级任务的饥饿现象。

五、周期性调度算法周期性调度算法是一种适用于周期性任务的调度算法。

该算法将任务分为周期性任务和非周期性任务，周期性任务按照其周期进行调度，非周期性任务则按照固定优先级或其他调度算法进行调度。

周期性调度算法能够更好地满足实时系统的要求，但对系统的规划和设计要求较高。

2014年度河南省教育厅科学技术研究重点项目资助计划名单

于江德支丽平吴国昌王颖锋张巧荣秦洁王娜娜杨勇张墨华崔春生林梅英叶光王一惠卫思祺姚青华丁明洁王现丽杨留栓梁峰尹国友吴迪刘瑞芳孙婕张永娜李谦郜晓峰
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项目名称
承担单位
安阳工学院安阳工学院安阳工学院安阳工学院安阳工学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院安阳师范学院
负责人
晁军峰宋强田大勇赵亚东丁文恩汤振杰刘林肖建清孙华尚艳玲刘永革吕海燕马东伟杨癸赵俊红吴琴霞熊晶薛笑荣
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14A310020 14A310022 14A320042 14A320072 14A320073 14A350003 14A350008 14A350009 14A350013 14A360005 14A416008 14A430013 14A430022 14A430023 14A460024 14A520008 14A520009 14A520041 14A520042 14A520079 14A610013 14A630014 14A630032 14A880015 14A890008 14A110017
统计语言建模中语言规律的刻画、记录与使用研究专利领域本体的自动化构建方法研究剪切波若干问题及在图像压缩中的应用多核嵌入式系统避免总线冲突的混合任务节能调度与优化研究基于视觉注意机制的动态目标跟踪关键技术研究基于层次分析法和模糊综合评价的行政领导者道德素质模型分析基于系统动力学的中原经济区建设对豫俄经贸的促进研究基于空间模拟模型的城市群土地优化过程与机理研究—以中原城市群为例基于 ZigBee 的无线定位感知系统研究电子商务推荐输入及其质量分析跨越空间的区域旅游合作新路径研究——以豫哈旅游合作为例固定效应面板数据分位数回归模型的理论和应用研究中原经济区‚三化‛协调科学发展评价机制研究中国农户融资渠道选择及其影响因素研究中原经济区文化产业构建中商业绘画的专业化发展煤沥青氧化解聚机理及直接氧化利用技术研究包埋纳米零价铁对土壤重金属污染物的修复行为及反应机理研究红土镍渣水泥基胶凝材料的制备研究聚苯胺类复合材料的制备及其对水中四环素类抗生素的吸附性能研究 PRRS 病毒 E 蛋白基因的克隆及原核表达尧山自然保护区森林生态系统的动态研究废弃混凝土微生物降解的基础研究微生物法制备韭籽膳食纤维及其生理活性和应用技术研究乳液体系中多相催化环状亚胺的不对称 Mannich 反应研究微波强化制备新型钒催化剂丙酮丁醇梭菌高产基因工程菌株的构建及发酵控制

嵌入式系统设备的节能优化策略研究

嵌入式系统设备的节能优化策略研究随着科技的飞速发展，嵌入式系统设备已经走进了千家万户。

从智能家居到智能手机，从智能手表到智能汽车，嵌入式系统设备已经成为了不可或缺的一部分。

但是，有没有发现这些设备在使用过程中会产生一定的能源消耗？如果大规模运用这些设备，对于能源的浪费也是不可忽视的。

因此，如何节能优化嵌入式系统设备就成了当前亟待解决的问题。

一、嵌入式系统设备的节能优化策略1. 选择合适的处理器处理器的能耗会直接影响设备的耗电量。

因此，选择合适的处理器至关重要。

对于一些不需要太高性能的设备，可以选择功耗较低的低功耗处理器。

在这种情况下，一些高性能的功能如图形处理、视频编解码等都可以通过外围设备来实现。

另外，在设计硬件架构时，可以采用异构计算的方式，将高压低频与低压高频的处理器配对，使得系统在性能和功耗上达到平衡。

2. 硬件逻辑设计硬件逻辑设计对于设备的功耗也有一定的影响。

在电路方案设计时，需要考虑功率分配和调节。

对于CPU、Flash、RAM等主要硬件单元，应该根据工作需求来进行适当的分配，以充分利用硬件资源，减少不必要的功耗消耗。

此外，控制这些资源的唤醒方式也需要合理设计，采用低功耗唤醒方式来减少不必要的耗能。

在充电电路中，应采用高效电源管理、尽量选择低功耗电源管理芯片、合理放置电源储备等综合措施减少电池的损耗。

3. 软件优化除了硬件逻辑设计方面的节能优化，软件优化也是非常重要的。

在软件开发过程中，可以通过一些优化算法、降频、睡眠、预加载等方式来减少CPU的使用率，从而实现功耗的控制。

此外，还可以通过合理地控制外围设备的操作率，将设备尽可能地转化为低功耗待机状态，达到最优化的功耗控制。

二、未来的发展趋势面对日益严峻的节能环保形势，以及大量嵌入式系统设备的使用需求，嵌入式系统设备的节能优化趋势不断升级。

未来，我们可以预见到下面的一些发展趋势。

1. 集成化趋势由于嵌入式系统设备涉及到的领域比较广，不同的领域需要的硬件、软件、操作系统等都存在一定的差异。

基于多核嵌入式实时系统动态电压频率调整的节能调度

基于多核嵌入式实时系统动态电压频率调整的节能调度1.简介嵌入式实时系统能够应用于手提电话，传感网络，卫星等领域，如今对高性能微处理器提出了要求。

多核体系的微处理器的出现正符合了这一需求。

考虑到这一类系统的便携性以及尺寸，功耗的控制如今变成了首要问题。

归结为较长的电池生命，可靠性等等。

DVS，动态电压频率调整是一种被广泛推广的技术。

它通过增加线程执行时间来提高能量收益，以确保实时任务线程的截止时间约束。

这成为了一大关注问题。

在多核处理器上调度实时任务的问题类似于在多处理器系统上的调度。

这是一个非常难的问题，以及现有的启发式解决方案可分为两类：分段调度算法和全局调度算法。

分段调度算法将任务分配给他们各自的内核。

这样每个内核的任务被一些著名的算法，比如最早截止时间有限，几率单调等调度。

尽管多核处理器有益于DVS技术，但是由于一块芯片上的内核都在同一个时钟域内，他们必须执行于相同的时钟频率和工作电压，因此功效将会低于多处理器系统。

另外，设备的功耗大致被区分为动态功耗和静态功耗。

DVS能够减少动态功耗，也可以通过在执行的计算机系统上延长间隔来引起损耗能量的增加。

因此损耗能量也要进行考虑。

随着多核在嵌入式实时系统领域被广泛运用的风潮，DVS被广泛推广。

学习调度算法致力于降低能耗是非常重要的。

也就是说，必须权衡实时系统的限制与节约能源。

2.相关工作最早截止时间优先是在但处理器上可抢占式周期实时任务调度的最优算法。

确定任务的利用率作为执行时间除以周期的值，最早截止时间调度算法可以在人物利用率的总和小于任何单个人物利用率的基础上保证所有任务符合满足他们的截止时间。

基于这一特性，Pillai 和Shin 提出了3种DVS调度方式：静态的，循环保存和预先式的。

一些研究机构已经发表了这些运行实时任务的时候的多处理移植能量管理问题。

关于减少运用D VS的对称性多处理器的周期性实时任务能量的问题已经发表了。

最早截止时间算法分析了分段式方程的效果。

嵌入式系统开发中的节能优化方法

嵌入式系统开发中的节能优化方法在现代科技快速发展的背景下，嵌入式系统已经广泛应用于各个领域，如汽车、智能家居、医疗设备等。

然而，随着嵌入式系统的不断发展，对于能源消耗的要求也越来越高。

因此，开发人员需要采取一些节能优化方法来减少系统的能源消耗，同时确保系统的性能与功能不受影响。

一、功耗评估与分析节能优化的第一步是对系统进行功耗评估与分析。

开发人员需要使用专业的功耗测量工具对系统进行全面的功耗测试，以了解系统在不同情况下的能源消耗。

在这一过程中，要重点关注系统中各个组件的功耗情况，并准确评估它们的影响程度。

只有了解了系统的能源消耗情况，才能有针对性地进行优化。

二、低功耗模式设计在嵌入式系统的设计过程中，可以引入低功耗模式来实现节能优化。

低功耗模式可以通过降低系统的工作频率、关闭不必要的模块或设备以及使用节能算法等方式来降低系统的能耗。

例如，当系统处于空闲状态时，可以将处理器切换到低功耗模式，以减少功耗。

此外，还可以通过优化系统的电源管理来减少能源的消耗。

三、硬件与软件协同优化嵌入式系统的硬件与软件是密切相关的，因此，在优化节能方面，两者需要协同工作。

在硬件方面，可以通过采用低功耗的处理器和组件，优化电源管理等方式来减少能源消耗。

在软件方面，要编写高效的代码，避免不必要的计算和数据传输。

此外，还可以使用一些优化工具，如编译器优化、代码剪裁等，进一步降低能源消耗。

四、任务调度与优化在多任务嵌入式系统中，任务调度管理是一个关键环节。

合理的任务调度与优化可以减少系统的功耗。

通过合理安排任务的优先级、时间片大小、以及任务之间的依赖关系，可以有效减少系统中的不必要的上下文切换和资源争用，从而降低能源消耗。

此外，还可以使用一些调度算法来提高系统的响应速度和效率，从而进一步降低能耗。

五、外设管理与优化大多数嵌入式系统都包含多个外设，如传感器、通信模块等。

这些外设的能源消耗也是系统功耗的重要组成部分。

在设计和开发过程中，可以优化外设的使用方式，减少其功耗。

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ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉ￣ｚｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ．Ｉｔｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｅｎ — ｅｒｇｙ — ｓａｖｉｎｇｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎｂｕｓｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅａｎｄｇａｖｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｌ－ｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎｂｕｓｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｖｏｉｄａｎｃｅｆｏｒｍｕｌｔｉ・ｃｏｒｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ — ｃｏｒｅ；ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓ；ｅｎｅｒｇｙ－ｅｉｃｆｉｅｎｔ；ｔｉｍｉｎｇｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ；ｔａｓｋｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；ｂｕｓｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
王颖锋，张彦周。，高
大学自动化系，河北保定０７１００３）
韬
（１．河南财经政法大学计算机与信息工程学院，郑州４５０００２；２．河南职业技术学院，郑州４５００４６；３．华北电力
摘
要：在多核嵌入式系统中，避免总线冲突并在时间限制下调度通信任务和计算任务来降低能量消耗是非常
中图分类号：ＴＰ３０１．６文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ３６９５（２０１４）０４ — ０９６１ — ４０
ｄｏｉ：１０．３９６９／ ห้องสมุดไป่ตู้ ．ｉｓｓｎ．１００１ — ３６９５．２０１４．０４．００１
重要的，有效节能调度可以避免总线冲突并在时间限制下实现有效节能。由于任务的粒度、优先级、通信任务和计算任务的协同调度对此类算法的节能有着重要影响，概述了这三个方面的研究现状，指出总线冲突避免的节
能调度算法设计中有待解决的问题，并给出了多核嵌入式系统总线冲突避免的节能调度算法的发展方向。关键词：多核；嵌入式系统；节能；时间限制；任务调度；总线冲突
ＷＡＮＧＹｉｎｇ．ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＹａｎ — ｚｈｏｕ，ＧＡＯＴａｏ３
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓ＆Ｌａｗ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４６，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄｅｐｔ．ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｃｉＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢａｏｄｉｎｇＨｅｂｅｉ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）
第３１卷第４期２０１４年４月
计算机应用研究
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ
Ｖｏｌ＿３１Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１４
多核嵌入式系统总线冲突避免的节能调度综述
ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔａｓｋｓａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｔａｓｋｓｈａｖｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｏｆｓｕｃｈｋｉｎｄｏｆａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，