異構(gòu)多核系統(tǒng)低功耗算法研究.pdf

1、隨著數(shù)字化技術(shù)與多媒體技術(shù)的普及，便攜式及移動(dòng)性較強(qiáng)的產(chǎn)品得到了空前的發(fā)展，其中，產(chǎn)品的電池使用時(shí)間極大地影響了消費(fèi)者的購物傾向。面對電池發(fā)展受限的現(xiàn)狀，功耗問題已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍關(guān)注的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。隨著處理器結(jié)構(gòu)由單核向多核的發(fā)展，低功耗設(shè)計(jì)算法變得更加復(fù)雜，鑒于軟硬件劃分及劃分后的調(diào)度算法對系統(tǒng)功耗的影響，本文立足于解決異構(gòu)多核處理器系統(tǒng)下的低功耗問題，進(jìn)行算法研究。
　　在分析與總結(jié)現(xiàn)有低功耗算法的基礎(chǔ)上，本文采用兩

2、階段的啟發(fā)式算法來解決異構(gòu)多核處理器系統(tǒng)下的低功耗設(shè)計(jì)問題。首先，對系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，并構(gòu)造出一個(gè)表示任務(wù)間相互關(guān)聯(lián)的有向無環(huán)圖。接著，軟硬件劃分過程將任務(wù)合理分配到對應(yīng)的處理單元，任務(wù)劃分的效果在一定程度上影響了后期能耗降低的潛力，而劃分后的調(diào)度算法決定了系統(tǒng)整體的能耗水平。
　　在軟硬件劃分階段，本文利用量子計(jì)算強(qiáng)大的并行性將量子計(jì)算與遺傳算法相結(jié)合得到量子遺傳算法，其獨(dú)特的量子位編碼方式使得一個(gè)量子染色體能夠同時(shí)表征傳統(tǒng)染色

3、體的多種匹配情況，以量子旋轉(zhuǎn)門代替?zhèn)鹘y(tǒng)的選擇、交叉、變異更新操作，為算法保證多樣性的同時(shí)使得種群能夠以大概率向著優(yōu)良模式進(jìn)化。除此之外，量子計(jì)算所具有的并行性能夠在較短時(shí)間內(nèi)迅速處理海量數(shù)據(jù)，因此大大降低了算法的時(shí)間復(fù)雜度。
　　任務(wù)的分配方法確定后，任務(wù)順利完成的關(guān)鍵在于是否采用了高效的任務(wù)調(diào)度算法。本文結(jié)合當(dāng)前流行的動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)，提出了一種基于動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)的表調(diào)度算法，算法優(yōu)先安排關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點(diǎn)，非關(guān)鍵任務(wù)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級由

4、各自的執(zhí)行時(shí)間方差決定，通過動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)將任務(wù)結(jié)束時(shí)間逐步逼近截止期，最大限度的降低系統(tǒng)整體功耗。
　　為驗(yàn)證算法性能，本文設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)。利用TGFF工具生成的數(shù)據(jù)作為算法輸入?yún)?shù)，并對算法進(jìn)行C語言編程實(shí)驗(yàn)。為客觀顯示每個(gè)階段算法的有效性，分別設(shè)立了對比實(shí)驗(yàn)，主要從功耗降低率及算法的時(shí)間復(fù)雜度兩方面對算法進(jìn)行評估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明量子遺傳劃分算法進(jìn)化過程穩(wěn)定，收斂速度快且全局尋優(yōu)能力強(qiáng)，與動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)相結(jié)合的表調(diào)度算法顯著