嵌入式系统中非CPU节能调度技术研究

发布时间：2020-04-18 02:34

【摘要】：随着集成电路技术和计算机技术的迅速发展,嵌入式系统性能提升的同时也使功耗问题成为制约系统设计和开发的重要因素。传统上处理器被认为是嵌入式系统中最耗能的部件,目前相关节能研究和实现相对成熟。随着内存需求的提高和实时系统应用范围的扩大,降低这些非CPU部件——内存和外设的能耗,成为降低系统功耗的重要部分。目前的内存节能技术通常利用内存系统支持的低功耗状态,通过软硬件结合的方式实现节能。但是,这种方法没有考虑到任务与内存访存行为间的关系,其节能程度受到内存硬件本身的限制。目前的外设节能技术的研究,受到制造工艺、供电电压、频率等的限制。同时,随着实时应用的发展和软硬实时任务模型研究的深入,外设节能技术需要考虑软硬实时任务在外设上执行的问题。本文针对内存和外围设备分别提出节能调度技术,并满足任务的实时性和降低设备能耗的要求。本文的研究包括以下两点:(1)提出了一种基于任务调度的内存节能调度技术该技术基于任务在内存块上的访存行为,建立了任务与内存块之间的对应关系模型。任务调度模块利用该模型,对内存访问模式相近的任务做连续调度,减少内存块的状态切换能耗,从而达到内存节能目的。(2)提出了一种基于任务调度的外围设备节能调度技术该技术基于实时性约束条件(m,k)-firm对周期性任务的作业进行分类,放松部分作业的响应时间。任务调度模块利用放松的响应时间,将作业尽可能集中调度,减少外设的状态切换能耗,从而达到外设节能目的。本文通过软件模拟的方法进行实验,获取设备状态切换次数和设备能耗数据,并对实验结果进行分析。实验结果表明,本文提出的方法与目前已有的算法相比,设备在有效休眠时间的收集和能耗节约方面均能获得较好性能。
【图文】：

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图 1.1 嵌入式系统结构图台除了核心部件——处理器，还包括存部件。其中，存储系统用来存放系统所需决定了应用于不同领域的嵌入式系统的独系统内一些不必要的硬件部件进行剪裁，各功能模块独立设计，因而系统的设计和能为系统增加新的功能。目前，嵌入式系，特别是在移动设备领域，出现了智能手改变人们生活和工作的产品。相信随着计来越多的嵌入式设备会出现，并提高人们统的能耗问题系统的一个重要性能指标，是制约嵌入式

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目前其相关节能研究已经相对成熟。然而，针对嵌入式系统中的内存子系统的节能技术研究则远不及此。图1.2 和图 1.3 显示了 45nm 级的 Intel 处理器在不同电压频率下，系统功耗的组成[19]。如图 1.2 所示，当 CPU 频率为 1GHz 时，内存和内存控制器消耗的能耗占系统总能耗的 19%。如图 1.3 所示，，当处理器的频率为 125MHz 时，内存和内存控制器消耗的能耗占系统总能耗的 69%，此时的内存子系统比处理器消耗的能耗还要高。另外，内存的静态功耗也不容忽视，特别是为了保持内存数据的刷新能耗。有研究显示，双核处理器在空闲状态下的功耗约为 0.5W 到 1.05W，但是 128M 的 DRAM 内存的刷新功耗就达到 0.926W[20]。随着嵌入式系统的内存带宽和容量需求持续增加
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP368.1

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