面向多处理器平台的实时系统资源预留与管理方法研究

The modern real-time software usually consists of hybrid application sets, demanding for deliberate design effort to prevent reciprocal interference among critical activities. To accomplish this, resource reservation has been proposed as a promising technique to provide temporal isolation between real-time tasks, and has received extensive research attention on uniprocessor platform. When moving to multiprocessor systems, however, the meaning of resource reservation has to be revisited due to the challenges that stem from hardware complexity and software parallelism, and the research community has just started to address this issue..Based on the current works, this project will conduct research on the theories and algorithms for resource reservation and management of real-time systems on multiprocessor platform. By analyzing the intrinsic parallelism of real-time applications and the temporal properties of diverse resource reservation implementations, the resource abstraction technique and the schedulability condition upon the resulting virtual resources will be presented. Aiming at optimizing the resource usage, the optimization technique of the reservation parameters, as well as the strategy of partitioning real-time applications onto a group of resource reservations, will be proposed. Targeting at the physical platform, the deployment policy and the online resource re-allocation mechanism using adaptive adjustment technique will be set forth. The proposed methodology will be tested and verified with hybrid real-time application sets on multiprocessor platform..This project aims to achieve resource reservation for real-time multiprocessor systems within a new framework, and provide theoretical and technical foundation for reliable and efficient execution of hybrid real-time software on multiprocessor platform.

现代实时系统软件通常由混杂程序集构成，其重要的设计准则之一是对实时任务进行隔离以防止其互相干扰。作为解决该问题的重要手段，资源预留与管理的研究在多处理器平台这一新的应用热点上，面临着硬件复杂性与软件并行性的双重挑战。本项目旨在现有研究的基础上，就面向多处理器平台的实时系统资源预留与管理的理论和算法研究，展开深入探索。从不同资源预留实现机制的时间特性出发，研究多处理器上资源预留的抽象建模与可调度性分析方法；以资源优化使用为目的，研究满足优先次序与时间约束的资源预留参数优化方法，以及针对多个资源预留的实时程序优化分割策略；基于系统实际架构与运行情况，研究资源预留的实际部署方案与在线自适应调节机制；构建实际软硬件平台，使用混杂实时程序集进行验证。本项目将为多处理器上资源预留与管理的研究提供新思路，为混杂实时软件在多处理器平台的可靠、高效运行提供有效的理论与技术支撑。

资源预留是在由混杂任务集构成的现代实时系统软件中，对各实时任务进行隔离以防其互相干扰的重要方法之一。针对嵌入式多处理器平台对节能和散热控制的实际需要，本项目以最小化实时程序运行所需的计算资源为目标，开展面向多处理器的实时系统资源预留与管理的理论和算法研究。.提出了使用带权重的有向无环图对实时并行程序任务集进行建模，并构建了面向多处理器的实时系统资源预留框架；提出了一种以减少计算资源占用为目标的分割方法，将实时程序划分为多个执行流，该方法对基于动态关键路径的分割方案进行重组，在满足可调度性的基础上，将尽可能多的任务放置到同一子集中以减少总的有效带宽；通过深入分析执行流的需求界限函数与任务激活时间和截止时间等时间参数的关联，以线性最大最小优化问题来建模任务时间参数的优化问题，并提出了一种迭代优化方法求解各子任务的截止时间和激活时间，进而通过求解拟凸优化问题求取各执行流的资源预留参数；提出将执行流在多处理器上的部署问题映射为一维装箱问题，并使用改进的遗传算法求解满足系统可调度性所需的处理器最小数量。为了验证所提出的资源预留框架及其相关算法，本项目选取了计算复杂而实时性要求较高的机器视觉为应用，构建了运行包含软硬实时任务和非实时任务的混杂任务集的测试平台，并在前期完成的多核系统实时并行程序优化分割工具包基础上，升级完成了面向多处理器的资源预留软件包。.通过本项目的研究，积累了实时系统相关研究领域的技术力量，培养了一支在实时系统理论和应用方面的科研团队。本项目的成果将为多处理器平台上资源预留方法的研究提供有效的理论与技术支撑。