软实时嵌入式多核处理器系统的低功耗技术研究

发布时间：2020-09-30 02:07

　　高功耗、高发热量一直是计算机系统处理器设计的瓶颈问题。而嵌入式系统因其自身应用特点,对系统性能和功耗有更严格的要求。因此,低功耗技术研究对于嵌入式系统的研究和开发具有至关重要的影响。尤其近年,随多媒体技术广泛应用而带来的迅速增多的软实时系统特性需求,以及多核处理器技术的迅速发展都为低功耗问题的研究提供了一种新的有效途径。本文正是以低功耗的软实时嵌入式数字媒体系统的研制为基础,深入研究了适用于软实时多核嵌入式系统的低功耗算法的设计、实现和应用。文中首先给出了低功耗的软实时嵌入式数字媒体系统的总体架构、空间分布图和功能划分,并详细分析了各个子系统的组成框架及功能。然后,重点以该数字媒体系统中的嵌入式分布子服务器这个软实时的嵌入式多核处理器系统作为研究的应用对象,分别从其操作系统层和应用层进行低功耗技术的探讨。在操作系统层,考虑到现有VAP_M算法虽然能够给出最优解但其研究环境过于理想化的特点,考虑各个处理器间通讯代价,提出了改进的用于解决VAP(Voltage Assignment with Probability)问题的静态低功耗算法(VAP_SA,VoltageAssignment with Probability_StAttc);受用(m,k)-firm约束解决低功耗问题的在线贪婪调度模型的启发,结合改进的静态低功耗算法,提出了解决VAP问题的在线实时调整电压的动态低功耗算法(VAP_DY,Voltage Assignment with Probability_DYnamic)。理论分析和仿真实验表明,与现有低功耗算法相比较,改进的静态算法和提出的动态算法能够充分利用任务执行时间的不确定性,在保证系统实时性和任务完成率的前提下适时降低电压,有效降低系统的功耗。在应用层,结合如今视频信息等流媒体技术的广泛应用使得对非TCP流的发送速率进行控制以保证网络性能变得十分必要的现状,改进了现有的TCP Reno吞吐率模型,并应用改进的TCP Reno吞吐率模型,结合动态电压调整技术和现有的TCP友好算法,给出新提出的动态低功耗算法在软实时多媒体系统的应用方案—改进的低功耗TCP友好算法(LPTF,Low-Power TCP-Friendly algorithm),以满足软实时嵌入式数字媒体系统对网络性能的要求,实现根据网络当前性能适时降低功耗的目的。实验分析表明改进的模型能够比较准确的预测网络当前的吞吐率,并且新提出的低功耗的TCP友好算法能够在保证网络传输的前提下有效降低系统功耗。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TP368.11
【部分图文】：

连接图,数字媒体,嵌入式,系统空间

论文图3一2低功耗的软实时嵌入式数字媒体系统空间连接图3.3子系统功能介绍1.信息采集子系统信息采集子系统主要有网络摄像头等监控设备组成，其主要功能即按用户的要求收集视频信息。采用目前较先进的网络摄像头或USB接口的网络摄像头，通过接入恤emet或USB接口与嵌入式分布子服务器相连。较先进的网络摄像头应用层控制可以直接使用httP协议，很好的兼容了当前的网络系统。用户可以通过发送httP请求完成控制摄像头的转动、截图、改变传送图像精度等一系列动作。2.信息集成子系统信息集成子系统主要由一个或多个嵌入式分布子服务器组成，其主要功能就是对网络摄像头等监控设备传送过来的视频信息进行处理、集成，例如，进行图像的JPEG压缩、组装数据包、解析请求包等，并将有效信息发送给信息管理子系统。信息集成子系统在整个系统中起着连接嵌入式中心服务器和监控终端、进行数据处理、转发的关键作用。因此，嵌入式分布子服务器的性能尤为重要，要采用目前较先进的多核微处理器，以加快信息的处理速度。考虑到监控终端在短期内发送过来的视频信息并不总是有效的，例如，监控现场在一段时间内没有任何变化，则监控终端采集的视频信息是相同的，这时，嵌入式分布子服务器就没有必要再对重复的信息进行相同的处理，做无用功，也没有必要让CPU全速运转，造成不必要的功耗浪费。因此，有必要采用一些低功耗技术对嵌入式分布子服务器进行功耗管理，这也正体现了本系统的低功耗性。l6

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