分布式实时系统能耗优化设计方法研究

摘要

本论文将能耗优化引入整个设计过程中，全面考察了底层硬件节能机制在各个设计步骤中的有效应用，提出了一套较为完整的分布式实时系统能耗优化设计理论和实现技术。　　 本文以形式化可调度性验证为基础，从权衡设计效率和能耗优化效果的角度出发，提出了一种能耗渐变率驱动的贪心式离线DVS调度算法，并利用时间Petri网状态空间的性质，优化了设计过程，较好的解决了引入形式化验证后的高复杂度问题，既有效开发了DVS节能潜力，也兼顾了方法实用性。 针对成本(尤其是软件成本)受限的系统设计，贪心同步协议由于其易实现性而成为最佳的同步策略，本文围绕如何在运行时精确预估程序的剩余最大周期数这一单任务DVS调度的核心问题，提出了一种形式化的编译分析算法，以及若干旨在降低预估开销的优化实现技术，既有效支持了上述同步协议的实现，又降低了系统能耗。　　 本文利用时间Petri网状态空间的变化规律，简化了验证过程，提高了资源分配的效率。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章绪论

1.1实时系统

1.1.1实时系统的基本特征

1.1.2复杂分布式实时系统的特征

11.3实时系统的可调度性验证

1.2实时系统的能耗优化设计

1.21硬件功耗基础

1.2.2低能耗设计技术的发展趋势

1.2.3实时系统的系统级能耗优化设计

1.3论文工作与组织

第2章分布式实时系统形式化建模与验证

2.1分布式实时系统形式化描述模型概述

2.2基于时间Petri网的分布式实时系统建模

2.2.1时间Petri网

2.2.2分布式实时系统的TPN建模方法

2.3基于TPN模型的分布式实时系统可调度性验证

2.3.1状态类的定义

2.3.2状态类空间的遍历

2.3.3状态类图路径的时间剖析

2.4示例

2.5本章小结

第3章基于可调度性验证的系统能耗优化

3.1实时系统的能耗优化调度概述

3.1.1基本原理

3.1.2单处理器离线DVS调度

3.1.3分布式离线DVS调度

3.2 TPN模型上的理想化离线DVS调度

3.2.1参数化TPN

3.2.2 TPN模型的能耗

3.2.3 TPN模型上的能耗最优化问题

3.3 TPN模型上的启发式离线DVS调度

3.3.1能耗渐变率

3.3.2能耗渐变率驱动的启发式离线DVS调度算法

3.3.3离线DVS调度的优化实现

3.4示例

3.5本章小结

第4章分布式实时系统的能耗优化同步协议及实现

4.1分布式实时系统同步协议概述

4.1.1贪心式同步协议

4.1.2非贪心同步

4.1.3非抢占式系统的同步协议

4.2分布式实时系统的能耗优化同步协议

4.2.1懒惰同步协议的概念

4.2.2懒惰同步协议与可调度性的关系

4.2.3懒惰同步协议的实现方法

4.3实验结果

4.4本章小结

第5章分布式实时系统的能耗优化资源分配

5.1分布式实时系统的启发式资源分配概述

5.2资源分配问题的模式

5.3分布式实时系统的能耗优化资源分配方法

5.3.1实时任务的利用率

5.3.2任务利用率驱动的启发式资源分配

5.3.3资源分配算法的优化实现

5.4本章小结

第6章实验分析

6.1分布式实时系统设计的测试用例

6.1.1TGFF及其扩充规则

6.1.2测试用例描规范

6.2测试平台设计概述

6.3实验结果分析

6.4本章小结

第7章结束语

7.1论文工作总结

7.2本文的主要贡献

7.3进一步工作

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录