嵌入式实时系统节能和可靠性优化算法研究

发布时间：2021-10-05 00:59

　　多核/众核网络化计算、低能耗绿色计算、高可信计算等计算模式的出现,对嵌入式实时系统带来了新的研究需求与挑战。随着嵌入式系统应用领域的不断深化和芯片集成度的日益提高,对实时性、能耗和可靠性的综合性能协同优化显得尤为重要,传统的单性能优化方法不再适用,迫切需要采用新的研究思路和优化算法。本文面向嵌入式实时系统的软硬件协同综合流程,全面总结了单处理器、多处理器（核）及片上网络（Network-on-Chip,NoC）系统等不同架构的节能、容错与能耗/可靠性折中设计方法。面向各种实现平台和设计需求、性能约束,本文采用不同的能耗和可靠性优化算法,重点解决以下关键问题:（1）嵌入式系统的软硬件划分及多属性综合评价、（2）双处理器系统的容错调度及电压分配、（3）NoC的IP（Intellectual Property）核映射及链路电压分配。论文的主要贡献和创新之处在于:（1）针对硬件面积、价格成本、功耗、实时性和可靠性约束的多目标嵌入式系统软硬件划分问题,提出了一种支持多属性决策的求解算法。根据给定的系统任务流图以及可重用软硬件组件库,首先将可靠性转化为可累加的成本型指标,基于改进后的最短路径算法,... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
英文摘要
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 多核网络化计算
        1.1.2 绿色计算
        1.1.3 可信计算
    1.2 研究进展
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究进展
    1.3 研究意义
    1.4 研究内容
    1.5 论文结构
第二章 嵌入式系统软硬件协同综合中的节能与容错技术
    2.1 嵌入式系统的基本理论
        2.1.1 相关定义
        2.1.2 系统级综合
        2.1.3 NoC系统
    2.2 嵌入式系统的节能
        2.2.1 DVS简介
        2.2.2 低能耗系统综合
        2.2.3 能耗受限系统综合
    2.3 嵌入式系统的容错
        2.3.1 故障简介
        2.3.2 容错技术
        2.3.3 可靠性优化
    2.4 嵌入式系统的能耗/可靠性协同优化
        2.4.1 单处理器系统
        2.4.2 多处理器（核）系统
        2.4.3 NoC系统
    2.5 本章小结
第三章 支持多属性决策的嵌入式系统软硬件划分
    3.1 引言
    3.2 相关工作
    3.3 系统模型
        3.3.1 嵌入式系统应用功能模型
        3.3.2 嵌入式系统平台模型
        3.3.3 软硬件划分模型
        3.3.4 性能指标模型
    3.4 问题定义
    3.5 求解算法
        3.5.1 基于最短路径算法获得划分方案集
        3.5.2 对各划分方案进行评价排序
    3.6 实例分析
    3.7 本章小结
第四章 能量约束的双处理器嵌入式系统可靠性优化
    4.1 引言
    4.2 相关工作
    4.3 系统模型
        4.3.1 任务模型
        4.3.2 双处理器平台模型
        4.3.3 可靠性模型
        4.3.4 能耗/可靠性模型
    4.4 问题定义
    4.5 求解算法
        4.5.1 构建初始解
        4.5.2 禁忌搜索
    4.6 实验结果
        4.6.1 实验方案
        4.6.2 不同能量约束的比较
        4.6.3 不同任务利用率的比较
        4.6.4 单个任务可靠性的比较
    4.7 本章小结
第五章 能量和可靠性感知的NoC映射与链路电压分配
    5.1 引言
    5.2 相关工作
    5.3 系统模型
        5.3.1 SoC应用和NoC平台
        5.3.2 映射/分配模型
        5.3.3 能耗模型
        5.3.4 可靠性模型
    5.4 问题定义
    5.5 NOC映射和链路电压分配算法
        5.5.1 NoC映射的分析
        5.5.2 基于遗传算法的IP核映射
        5.5.3 能耗/可靠性变化率的不足
        5.5.4 性能变化率驱动的启发式电压分配
    5.6 实验结果
        5.6.1 能耗优化对比
        5.6.2 能耗及可靠性对比
        5.6.3 实例分析
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
攻博期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]片上网络任务映射算法的可靠性优化[J]. 刘婷,乌耀益,付宇卓.  上海交通大学学报. 2013(01)
[2]嵌入式软件体系结构级能耗建模方法[J]. 刘啸滨,郭兵,沈艳,熊冰,王继禾,伍元胜,刘云本.  软件学报. 2012(02)
[3]一种基于关键路径分析的CPU-GPU异构系统综合能耗优化方法[J]. 林一松,杨学军,唐滔,王桂彬,徐新海.  计算机学报. 2012(01)
[4]处理器可靠性约束的电压频率岛NoC能耗优化[J]. 张剑贤,周端,杨银堂,赖睿,高翔.  电子与信息学报. 2011(09)
[5]NoC目录协议能耗分析与建模研究[J]. 王继禾,郭兵,沈艳,伍元胜,刘云本.  计算机学报. 2011(09)
[6]异构系统硬件故障传播行为分析及容错优化[J]. 贾佳,杨学军.  软件学报. 2011(12)
[7]Energy Efficient Block-Partitioned Multicore Processors for Parallel Applications[J]. 祁轩,朱大开.  Journal of Computer Science & Technology. 2011(03)
[8]MPSoC软硬件划分的自动波竞争神经网络算法[J]. 常政威,谢晓娜,桑楠,熊光泽.  电子科技大学学报. 2010(05)
[9]绿色计算的重定义与若干探讨[J]. 郭兵,沈艳,邵子立.  计算机学报. 2009(12)
[10]基于电压岛的能量和可靠性感知NoC映射[J]. 常政威,熊光泽,桑楠,江维.  计算机辅助设计与图形学学报. 2009(01)



本文编号：3418682