面向CPS節(jié)點操作系統(tǒng)的實時調(diào)度研究與設(shè)計.pdf

1、隨著計算(Computation)、通信(Communication)、控制(Control)等3C技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類賴以生存的物理世界正朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向發(fā)展，信息物理融合系統(tǒng)(CPS)已經(jīng)成為全球信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。CPS注重計算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)，需要實時動態(tài)和可靠地完成物理世界的感知、互聯(lián)和反饋等功能。其中，節(jié)點操作系統(tǒng)是CPS的核心部分，而調(diào)度作為節(jié)點操作系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，如何設(shè)計出滿足CPS屬性

2、要求的調(diào)度策略，對CPS現(xiàn)有的理論和技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)?；趯ΜF(xiàn)有節(jié)點操作系統(tǒng)的特點和調(diào)度機(jī)制的研究與分析，考慮到節(jié)點操作系統(tǒng)的實時性、動態(tài)性、開放性、可預(yù)測性和低開銷的特點，本文建立了一種層次式的調(diào)度框架，并設(shè)計了BWI-RIP調(diào)度策略，該策略能混合調(diào)度多種時間需求的任務(wù)，且不需要提前預(yù)知任務(wù)的相關(guān)信息，并能解決因共享資源等資源競爭問題。
　　本文首先基于節(jié)點操作系統(tǒng)的特點，對調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了建模，給出系統(tǒng)的相關(guān)定義、任務(wù)模型和資

3、源模型。其次本文在已有框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，考慮在本系統(tǒng)中有多種時間需求任務(wù)的混合存在，建立一種層次式的調(diào)度框架，該框架底層的系統(tǒng)調(diào)度器基于EDF算法對服務(wù)器的集合進(jìn)行調(diào)度，而每個服務(wù)器以一定的比率占用CPU時間，同時，服務(wù)器又調(diào)度一個任務(wù)集，為其提供資源服務(wù)。該框架能夠混合調(diào)度軟實時和硬實時任務(wù)，具有良好的可擴(kuò)展性。然后根據(jù)CPS調(diào)度的特點，分析了現(xiàn)有靜態(tài)調(diào)度算法在混合調(diào)度多種類型的任務(wù)和訪問共享資源時存在的不足:需要提前預(yù)知任務(wù)

4、相關(guān)信息。再次，在框架的基礎(chǔ)上設(shè)計一種常量帶寬服務(wù)器(CBS)算法和優(yōu)先級繼承協(xié)議(PIP)相結(jié)合的帶寬繼承協(xié)議(BWI)，既能混合調(diào)度硬實時和軟實時任務(wù)，又解決了優(yōu)先級反轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。同時又將BWI與資源隔離機(jī)制（RIP）相混合，解決了硬實時任務(wù)可能錯失時限的問題，并針對BWI和RIP的性質(zhì)，進(jìn)行了可調(diào)度性分析，從理論上得出此策略能夠確保系統(tǒng)的實時性。最后，通過仿真實驗對比，表明本文設(shè)計的混合調(diào)度策略基本滿足了設(shè)計目標(biāo)和CPS節(jié)點操作系統(tǒng)