嵌入式操作系統(tǒng)功耗管理技術(shù)研究.pdf

1、隨著嵌入式計算技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)變得小巧玲瓏而且功能強大，一塊小小的芯片可以實現(xiàn)無線通訊、圖像處理、多媒體播放等功能。然而由于系統(tǒng)功耗的限制，嵌入式系統(tǒng)的持續(xù)工作時間、制造和運行成本，設(shè)備的封裝體積、可靠性和使用壽命，以及高性能部件的使用，都受到嚴(yán)重影響。功耗已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主要制約因素之一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，各種先進的硬件功耗控制技術(shù)的出現(xiàn)，軟件方面的功耗管理技術(shù)已經(jīng)成為控制和優(yōu)化計算機系統(tǒng)功耗的重要手段，也是近年

2、嵌入式系統(tǒng)研究的熱點課題。 論文通過分析嵌入式系統(tǒng)功耗的影響因素，論述了操作系統(tǒng)在計算機功耗管理中的核心地位和優(yōu)勢。論文詳細介紹了操作系統(tǒng)現(xiàn)有的功耗管理技術(shù)及其研究現(xiàn)狀，指出不確定性是計算機系統(tǒng)服務(wù)請求的基本特征，隨機分析方法是研究操作系統(tǒng)功耗管理的有效手段。全文基于這一認(rèn)識，分別研究了操作系統(tǒng)的動態(tài)功耗管理、非實時和實時DVS任務(wù)調(diào)度的隨機模型、管理策略和控制算法，主要的貢獻和創(chuàng)新之處包括： 1.利用隨機決策模型，從理

3、論上證明了最優(yōu)動態(tài)功耗管理策略是確定馬爾科夫策略，即超時策略。這一結(jié)果縮小了動態(tài)功耗管理問題最優(yōu)解的搜索空間，降低了求解難度，為簡化動態(tài)功耗管理控制算法提供了理論依據(jù)。同時該結(jié)果對DVS任務(wù)調(diào)度的時鐘頻率確定或松弛時間分配也具有同樣的指導(dǎo)意義。 2.利用計算機系統(tǒng)服務(wù)請求的自相似性，從理論上解釋了現(xiàn)有動態(tài)功耗管理隨機模型沒有解釋的“實踐中超時策略可取得優(yōu)良節(jié)能效果”現(xiàn)象，從側(cè)面證明了最優(yōu)動態(tài)功耗管理策略是確定馬爾科夫策略的結(jié)論。

4、并提出非平穩(wěn)自相似業(yè)務(wù)請求下的自適應(yīng)動態(tài)功耗管理算法。 3.指出當(dāng)任務(wù)執(zhí)行需求為隨機變量時，非實時DVS任務(wù)調(diào)度中最優(yōu)時鐘頻率為確定頻率，由此給出了關(guān)鍵功耗執(zhí)行時間的概念，并提出了基于關(guān)鍵功耗執(zhí)行時間的非實時DVS任務(wù)調(diào)度的時鐘頻率確定算法，克服了現(xiàn)有非實時DVS任務(wù)調(diào)度算法性能不穩(wěn)定的缺點。 4.采用靜態(tài)計算與動態(tài)回收相結(jié)合的方法，提出了固定優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度準(zhǔn)確的松弛時間估計算法，克服了現(xiàn)有松弛時間準(zhǔn)確估計算法運

5、行時開銷大的缺點。為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計時，進行時間、空間和性能折衷平衡，提供了一種“以空間換取時間”選擇方案。此外，提出的基于關(guān)鍵功耗執(zhí)行時間的實時DVS任務(wù)調(diào)度的松弛時間分配算法，克服了現(xiàn)有實時DVS任務(wù)調(diào)度算法性能不穩(wěn)定的缺點。 除了以上操作系統(tǒng)功耗管理的模型、策略和算法研究外，論文對功耗管理架構(gòu)進行了分析研究，提出了一個基于eCOS操作系統(tǒng)的功耗管理架構(gòu)原型系統(tǒng)，該架構(gòu)采用機制和策略分離的設(shè)計思想，定義了功耗管理所必要的控制和