嵌入式系统的低功耗调度算法研究

嵌入式系统的低功耗调度算法是嵌入式低功耗技术研究的重要研究方向,文中研究了一种任务间存在依赖关系的嵌入式系统的低功耗调度算法,建立了该低功耗调度算法的数学模型,由于模型的求解复杂性,结合嵌入式系统低功耗调度流程,通过一种比较简单的分步式思想,方便地求解了该低功耗调度算法的数学模型;建立了一个有6个任务的有依赖关系的任务集,通过该调度算法,对该任务集进行了调度,调度后的算法与调度前的算法对比降低的该任务集的能耗;最后用VC编程语言编程仿真验证了该低功耗调度算法的低功耗特性.     

基于DPM和DVS的双效节能调度算法

对于电池供电系统,如何降低功耗已成为系统设计中的一个关键问题.通过对系统功耗组成及任务调度策略进行深入分析,提出一种动态电压调节(DVS)和动态功率管理(DPM)相结合的双效节能调节算法DVS-PM.DPM动态管理处理器及外围模块在工作模式和低功耗模式之间切换,DVS在保证系统实时性前提下,实现系统运行在功耗最低的最佳工作点,达到更好的节能效果.实验结果表明,该节能调度算法能大幅减少系统能量消耗,与不采用节能算法相比,节能55.4%.     

反馈EDF调度算法对μC/OS-Ⅱ内核的改进与实现

能耗问题已经成为嵌入式系统研究的热点之一,越来越多的嵌入式处理器支持动态电压调整(DVS)技术以减少电能消耗.分析了一种适用于硬实时系统的基于DVS的反馈EDF调度算法,针对其在实际应用中的不足进行了改进,详细介绍了如何利用改进后的算法修μC/OS-Ⅱ内核的调度策略使其适用于采用DVS技术的硬实时系统.实验结果表明,改进后的μC/OS-Ⅱ符合硬实时应用的要求且节能效果显著.     

反馈策略的系统多任务低功耗调度算法研究

嵌人式系统的低功耗调度算法是嵌入式系统低功耗技术的重要研究方向,在动态电压调节技术的基础上,提出了一种基于反馈控制策略的嵌入式系统多任务低功耗调度算法,给出了该算法的静态调度策略及动态调度策略;在此基础上给出了算法调度实例,用Vc编写软件仿真对比了该算法与其它两种算法的低功耗特性;结果表明,基于反馈策略的嵌入式系统多任务低功耗调度算法对降低功耗作用显著.同时,通过对比得出不同算法的能量消耗在系统的负载小于0.4时能耗变化平稳,变化不大,当系统的负载大于0.4时各种调度算法的能耗都在增加,试验表明不同调度算法下嵌人式系统所消耗的能量与该系统的负载大小直接相关.     

基于DVS的实时多核嵌入式系统低功耗算法

动态电压调整（DVS）是低功耗设计方法中最基本的技术。然而,大部分的算法是基于单处理器平台的,并且仅考虑了相互独立的任务,这时使用DVS往往不能取得较好的效果。基于DVS提出了一种循环旋转调度技术来降低功耗,通过对程序中的循环进行重组,使得在满足时限的同时功耗最小,同时也考虑了电压转换所消耗的时间和功耗。     

基于动态电压调节技术的低功耗调度算法研究

基于动态电压调节技术的低功耗调度算法的研究是嵌入式系统软件低功耗技术的研究重点。通过研究以最大空闲时间安排任务优先级的低功耗调度算法,对UCOSII嵌入式实时操作系统的内核进行了改进,并在实际的硬件环境上进行实验,实验结果显示改进算法的内核执行与原内核相同的音频任务时降低了系统的功耗。     

基于DVS技术的性能感知反馈调度算法

传统DVS算法在能量管理方面没有考虑实际系统性能的需求,这在一定意义上限制了其节能效果．针对这一问题,提出一种基于DVS技术的性能感知反馈调度算法．在反馈调度器中,分别采用DVS技术和模糊控制技术设计CPU电压调节模块和控制任务周期调节模块,实现对系统CPU速率和控制任务采样周期的动态调节．通过与基于固定采样周期的DVS反馈调度算法进行对比,结果表明该算法在保证系统控制性能的同时进一步降低了系统能耗．     

主从结构交换式以太网中实时消息调度研究

为使交换式以太网能满足实时通信的要求,针对FTT SE网络调度模型,提出了一种同时适用于周期性和非周期性实时消息的链路可调度性判定方法。在证明了消息链路调度优化问题MLSOP为NP complete的同时,针对周期性实时消息的链路调度优化给出了启发式算法LSHA。最后,对于周期性和非周期性实时消息分别设计了基于EDF的调度算法。仿真实验表明,在提高网络链路带宽利用率和减小消息平均延时方面,该算法均较FTT SE有明显的优势。     

适用于不确定环境中的DVS软实时调度算法

为了解决嵌入式软实时系统的节能问题，提出了一种DVS调度算法。它的特点是克服了任务执行时间不确定所带来的干扰，在运行时动态地寻找最优电压调节方案。实验表明：该调度算法可以很好地保证软实时系统的效率和稳定性，即使在处理器超载的情况下，也能自动调节，超过99%的作业可以在时间期限之前完成。对多种随机任务集的评测显示，该调度算法使得系统能耗平均减少15%以上。     

EPTS:一种实时动态电压调整的抢占阈值调度器

低功耗目前已成为嵌入式实时系统设计中非常重要的性能需求。动态电压调度DVS机制通过动态调整处理器电压进而有效降低系统功耗,正在逐渐得到广泛应用。抢占阈值调度策略实现双优先级系统,每个任务具有两个优先级,任务优先级被用于任务之间竞争处理器,而抢占阈值作为任务开始运行后实际使用的优先级,从而减少现场切换次数,降低系统功耗,同时也提高整个任务集合的可调度性。本文提出一种在线节能调度算法EPTS,拓展抢占阈值调度模型,在任务执行过程中动态调节处理器电压,力求在保证任务集合可调度性的前提下尽可能减少系统功耗,提高系统性能。而后在AMDAthlon4处理器和RT-Linux平台上实现了EPTS调度器,实验证明对于实际任务集合能够有效节能,提高了处理器的利用率,改善了RT-Linux的实时性能。     

一种减少嵌入式处理器功耗的综合DVS方法

对于使用电池作为供电电源的嵌入式设备而言,如何降低功耗已经成为设计中一个非常重要的方面。嵌入式处理器的功耗可以分为确定性功耗和非确定性功耗。目前很多的研究还都只是集中在如何减少确定性功耗这个方面,但随着芯片体积的不断缩小,非确定性功耗变得越来越突出,该文综合考虑这两方面提出了一种综合的DVS方法,并对此方法进行了分析。     

CPU频率对电池的影响以及对动态调压算法的改进

对电池供电的嵌入式系统来说，电池工作时间是重要的指标．利用动态调压算法对CPU频率进行调度．可以延长电池工作时间．然而，目前尚没有通用的方法对CPU频率和电池之间的关系进行深入研究，这导致动态调压算法不能最大限度地延长电池工作时间，本文提出一种新方法来研究CPU频率对电池的影响，其结论具有通用性，并得到实验的验证，利用这个结论，本文对动态调压算法进行了优化，使之更适于电池供电系统。     

Feedback EDF Scheduling of Real-Time Tasks Exploiting Dynamic Voltage Scaling

Many embedded systems are constrained by limits on power consumption, which are reflected in the design and implementation for conserving their energy utilization. Dynamic voltage scaling (DVS) has become a promising method for embedded systems to exploit multiple voltage and frequency levels and to prolong their battery life. However, pure DVS techniques do not perform well for systems with dynamic workloads where the job execution times vary significantly. In this paper, we present a novel approach combining feedback control with DVS schemes targeting hard real-time systems with dynamic workloads. Our method relies strictly on operating system support by integrating a DVS scheduler and a feedback controller within the earliest-deadline-first (EDF) scheduling algorithm. Each task is divided into two portions. The objective within the first portion is to exploit frequency scaling for the average execution time. Static and dynamic slack is accumulated for each task with slack-passing and preemption handling schemes. The objective within the second portion is to meet the hard real-time deadline requirements up to the worst-case execution time following a last-chance approach. Feedback control techniques make the system capable of selecting the right frequency and voltage settings for the first portion, as well as guaranteeing hard real-time requirements for the overall task. A feedback control model is given to describe our feedback DVS scheduler, which is used to analyze the system's stability. Simulation experiments demonstrate the ability of our algorithm to save up to 29% more energy than previous work for task sets with different dynamic workload characteristics. This work was supported in part by NSF grants CCR-0208581, CCR-0310860 and CCR-0312695. Preliminary versions of parts of this work appeared in the ACM SIGPLAN Joint Conference Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems (LCTES'02) and Software and Compilers for Embedded Systems (SCOPES'02) (Dudani et al., 2002), in the Workshop on Compilers and Operating Systems for Low Power 2002 (Zhu and Mueller, 2002) and in the IEEE Real-Time Embedded Technology and Applications Symposium 2004 (Zhu and Mueller, 2004a).     

基于动态电压调节的低功耗视频解码技术研究

讨论在嵌入式系统中使用动态电压调节技术降低视频解码功耗。提出一种基于动态电压调节的低功耗解码技术。该方法采用移动平均法预测帧的解码时间,依据预测的结果动态地调节解码过程中微处理器的工作电压,降低能量消耗。实验结果表明,基于动态电压调节的视频解码器比常规解码器减少10%￣30%的能量消耗。     

基于S3C44B0X的低功耗移动采集终端设计

在嵌人式移动设备设计和使用中,系统的功耗是一项非常重要的性能指标。高效的低功耗设计能降低系统功耗,延长系统的待机时间和电池使用寿命。实现系统功耗的最小化,对于任何一种嵌人式设备都有很重要的意义。为实现这一目的,需要在硬件设计和软件设计两方面综合考虑。叙述了在基于ARM7内核的CPU-S3C44BOX上实现低功耗设计的办法,并应用于已完成的移动数据采集终端设计中。实践证明,系统空闲时间的功耗得到大幅度降低,待机时间延长。     

基于S3C44B0X的低功耗移动采集终端设计

在嵌入式移动设备设计和使用中,系统的功耗是一项非常重要的性能指标。高效的低功耗设计能降低系统功耗,延长系统的待机时间和电池使用寿命。实现系统功耗的最小化,对于任何一种嵌入式设备都有很重要的意义。为实现这一目的,需要在硬件设计和软件设计两方面综合考虑。叙述了在基于ARM7内核的CPU-S3C44B0X上实现低功耗设计的办法,并应用于已完成的移动数据采集终端设计中。实践证明,系统空闲时间的功耗得到大幅度降低,待机时间延长。     

基于单片机P89LPC932A1的微功耗设计

详细介绍了利用P89LPC932A1单片机实现微功耗嵌入式指纹锁的设计思路和方法.根据单片机P89LPC932A1高集成度和完全掉电工作模式的低功耗的优点,给出了完善的软硬件设计方案,非常适合于电池供电和空间受限的工作环境以及便携式、嵌入式应用场合.     

Power optimization of embedded real-time systems and their adaptability

The article is devoted to a solution of problems of optimization of power consumption in embedded systems. First, problems of power consumption in physical CMOS are investigated, and different real-time constraints and load characteristics are discussed. Next, different methods of power consumption are considered, e.g., DMP, DVS/DFS, AVS, and ABB. Problems involving the organization of feedback and determining adaptability for different embedded systems are analyzed.     

System level fixed priority energy management algorithm for embedded real time application

Dynamic power management (DPM) and dynamic voltage scaling (DVS) are crucial techniques to reduce the energy consumption in embedded real-time systems. Many previous studies have focused on the energy consumption of the processor or I/O devices. In this paper, we focus on the problem of energy management integrating DVS and DPM techniques for periodic embedded real-time applications with rate monotonic (RM) policy and present a system level fixed priority energy-efficient scheduling (SLFPEES) algorithm. The SLFPEES algorithm consists of I/O device scheduling and job scheduling. I/O device scheduling is based on the dynamic power management with rate monotonic (DPM-RM) policy which puts devices into the sleep state when the idle interval is larger than devices break even time. Job scheduling is based on the RM policy and uses stack resource protocol (SRP) to guarantee exclusive access to the shared resources. For energy efficiency, the SLFPEES algorithm schedules the task with a lower speed and a higher speed. The experimental result shows that the SLFPEES algorithm can yield significantly energy savings with respect to the existing techniques.