异构嵌入式系统的能耗感知调度机制与方法研究

According to incomplete statistics, 98% of the world's computer devices are embedded systems. All along, the pursuit of embedded devices is low power, low cost , high performance and so on. Heterogeneous multicore processors have been widely used in many fields, such as industry, national defense, medical treatment and communication, due to its high performance, flexibility, low cost and low power consumption. It is widely believed that the heterogeneous multicore processor will be the main development trend of future multicore processors. To meet the increasing demands for higher performance, the number of integrated cores on a single chip continues to increase. The increase in power consumption will accelerate the increase of temperature in a heterogeneous muticore system. High temperature has a significant impact on multicore systems. It decreases transistor age, slows down signal transition speed, increases rates of permanent failures and transient faults, and brings high cooling charge.With the proposed demand for “green computing”, issues on cost reduction of resources, energy, budget have obtained concerns and become hot topics in both academia and industry. Efficient task assignment and scheduling algorithms can not only reduce energy and monetary consumed by computing systems, but also degrade the temperature and improve the reliability of computing systems. Thus, this program focuses on studying energy-aware scheduling mechanism and method on heterogeneous embedded systems.

据不完全统计，全世界98%的计算机设备都是嵌入式系统。一直以来，嵌入式设备都追求低功耗、低成本和高性能等。异构多核处理器具有高性能和灵活性以及低成本和低功耗等特点，使其在工业、国防、医疗和通信等诸多领域得到了越来越广泛的应用，它被普遍地认为是未来的多核处理器的主要发展趋势。为了满足人们不断增长的高性能需求，越来越多的核被集成到一块单一的芯片上，使得芯片上单位面积的功耗增加。功耗的增加加速了计算机系统内部的温度的升高。高温对计算系统有着严重的影响，它降低晶体管的寿命，减慢信号传输速度，增大永久故障和瞬时故障率，以及带来巨额冷却费用等。这些因素反过来又降低计算系统的性能。此外，随着“绿色计算”需求的提出，如何减少各种计算系统在执行应用时所消耗的资源、能量和预算等成本问题已经成为当前工业界和学术界共同关注和研究的热点。高效的任务分配和任务调度策略不仅可以减少计算系统所消耗的能量和成本，还可以降低温度和提高计算系统的可靠性。因此，本项目将围绕异构嵌入式系统的能耗感知调度机制与方法展开研究。

异构系统由于具有高性能和低功耗两个优点而被广泛地用于各种实时系统。在实时系统中，任务通常具有严格的时间约束。如果任务无法在截止期内完成，将造成灾难性的后果。在执行任务时，系统可能会出现故障。故障可能是瞬时的，也可能是永久的。为了保证任务在截止期内完成，系统需要具有一定的可靠性。此外，节能也是工业界和学术界一直关注的热门话题。鉴于此，本项目围绕这异构实时系统中的容错调度问题、节能调度问题和基于Flexilink协议的高质量的交互式多媒体数据的调度问题展开了研究，具体如下：1）研究了异构系统中针对执行时间确定且各任务间有优先约束关系的实时应用的瞬时容错调度问题、永久容错调度问题和自适应瞬时容错调度问题，目标是最大化系统的可靠性。2）研究了异构系统中针对执行时间确定且各任务间有优先约束关系的实时应用的能耗感知的瞬时容错调度问题，目标是在满足优先关系、时间约束和可靠性约束的前提下，最大化系统的能源利用率。3）研究了电压评率可调节的异构系统中针对执行时间确定且各任务间有优先约束关系的实时应用的节能调度问题，目标在给定的优先关系和时间约束下的前提下，最小化系统的能耗。4）研究了基于Flexilink协议的高质量的交互式多媒体数据的调度问题，目标是最小化延迟，最大化可靠性和最大程度保证传输时间的确定性。针对这六类问题，分别提出了基于时间截止期的启发式瞬时容错调度算法DBFTSA，基于时间截止期的启发式永久性容错调度算法DBSA，基于时间截止期的启发式自适应瞬时容错调度算法AFTSA，基于时间截止期的启发式能耗感知的瞬时容错调度算法DRB-FTSA-E，基于DVFS技术和蚁群算法的启发式节能调度算法，以及短周期转换调度算法SCC。.实验结果表明，对每类问题，与已存在的解该类问题的有效方案相比，本项目所提出的解决方案确实可行且更具有优势。因此，本项目所提出的方案可以更好地解决实际中相应的问题。