嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)節(jié)能調(diào)度算法研究

【摘要】：隨著云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的興起,嵌入式系統(tǒng)迅速普及,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。嵌入式系統(tǒng)在實(shí)時(shí)與節(jié)能方面有著嚴(yán)格的要求,但目前市場(chǎng)上的商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)定價(jià)過(guò)高,源代碼不開(kāi)放致使企業(yè)無(wú)法擁有關(guān)鍵技術(shù),使得Linux這個(gè)免費(fèi)且源代碼公開(kāi)的操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用成了較為理想的選擇。但Linux操作系統(tǒng)是一個(gè)通用的操作系統(tǒng),在實(shí)時(shí)性方面存在不足,如何有效增強(qiáng)其實(shí)時(shí)性是目前需要解決的重點(diǎn)難點(diǎn),目前主要的解決方案是采用實(shí)時(shí)補(bǔ)丁和微內(nèi)核RTAI。與此同時(shí),嵌入式設(shè)備便攜式的特點(diǎn)限制了大部分都是自帶移動(dòng)電源,因此對(duì)增加系統(tǒng)的續(xù)航能力減少能耗也提出了新的要求。 本文研究了嵌入式系統(tǒng)微內(nèi)核RTAI的實(shí)時(shí)性問(wèn)題,進(jìn)而對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中使用GRAPM算法的可靠性節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行了深入探討。具體工作如下： (1)針對(duì)微內(nèi)核RTAI中使用改進(jìn)后的RMS算法在任務(wù)過(guò)多時(shí)實(shí)時(shí)響應(yīng)不足的問(wèn)題,提出了一個(gè)新的調(diào)度算法EIC-CFS,提高了系統(tǒng)對(duì)任務(wù)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性能。算法的主要思想是：引入CFS(Completely Fair Scheduler)算法使RMS公平地對(duì)待每一個(gè)任務(wù),通過(guò)縮短CPU時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度,以容納更多的任務(wù),當(dāng)任務(wù)數(shù)超過(guò)所設(shè)定值時(shí),則根據(jù)所設(shè)定的一個(gè)標(biāo)志值SCHED_NOW決定其是否放入下一輪調(diào)用,來(lái)限制處理器周期的自動(dòng)增長(zhǎng)速度,增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)任務(wù)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。 (2)在實(shí)時(shí)性算法的基礎(chǔ)上,針對(duì)可靠性節(jié)能算法GRAPM算法在小任務(wù)增多時(shí),容易導(dǎo)致任務(wù)在不同處理器上來(lái)回遷移,加重系統(tǒng)上下文切換,引起系統(tǒng)開(kāi)銷增大的問(wèn)題,提出了改進(jìn)的新算法STG-GRAPM,減少了能耗,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。其主要思想是：將任務(wù)長(zhǎng)度小于指定閾值的任務(wù)認(rèn)定為小任務(wù),將多個(gè)小任務(wù)組成一個(gè)任務(wù)組,以任務(wù)組為單元進(jìn)行調(diào)度,減少任務(wù)在處理器之間的遷移；同時(shí)充分利用處理器的超線程技術(shù),將處理器按二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行組織,當(dāng)任務(wù)組被喚醒后,盡量查找與當(dāng)前處理器路徑最短的空閑處理器,減少搜索時(shí)間,降低了系統(tǒng)能耗。 【關(guān)鍵詞】：Linux 嵌入式系統(tǒng) RTAI 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 可靠性節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP316.81;TP301.6
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 背景及意義10-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 實(shí)時(shí)性改造13-14
• 1.2.2 節(jié)能改造14-16
• 1.3 本文所做的工作16-18
• 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 實(shí)時(shí)系統(tǒng)及可靠性節(jié)能算法概述20-31
• 2.1 實(shí)時(shí)系統(tǒng)概述20-27
• 2.1.1 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的定義20
• 2.1.2 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征及分類20-22
• 2.1.3 常用的實(shí)時(shí)算法22-24
• 2.1.4 基于Linux的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)24-27
• 2.2 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的節(jié)能與可靠性27-29
• 2.2.1 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的節(jié)能27-28
• 2.2.2 節(jié)能實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的可靠性28-29
• 2.2.3 節(jié)能與可靠性的關(guān)系29
• 2.3 小結(jié)29-31
• 第三章 改進(jìn)的實(shí)時(shí)調(diào)度算法31-47
• 3.1 引言31-33
• 3.2 RTAI的硬件抽像層33
• 3.3 RTAI的調(diào)度器的分析33-38
• 3.3.1 調(diào)度步驟34-36
• 3.3.2 RTAI調(diào)度器相關(guān)函數(shù)36-37
• 3.3.3 RTAI調(diào)度算法分析37-38
• 3.4 EIC-CFS算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-43
• 3.4.1 RMS算法存在的問(wèn)題38-39
• 3.4.2 CFS算法分析39-40
• 3.4.3 改進(jìn)后的算法：周期增長(zhǎng)控制-完全公平調(diào)度算法40-42
• 3.4.4 代碼的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)42-43
• 3.5 實(shí)時(shí)性測(cè)試43-46
• 3.5.1 內(nèi)核編譯與剪裁43-45
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析45-46
• 3.6 小結(jié)46-47
• 第四章 改進(jìn)的可靠性節(jié)能調(diào)度算法47-64
• 4.1 引言47-50
• 4.2 電源模型50-52
• 4.3 GRAPM算法分析52-54
• 4.4 GRAPM算法改進(jìn)54-58
• 4.5 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析58-63
• 4.5.1 測(cè)試環(huán)境58-60
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析60-63
• 4.6 小結(jié)63-64
• 第五章 總結(jié)64-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄71
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目71-72
• 致謝72-73

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

多核系統(tǒng)中基于動(dòng)態(tài)松弛時(shí)間回收的節(jié)能實(shí)時(shí)調(diào)度算法    張冬松;郭得科;陳芳園;吳彤;吳飛;金士堯;

基于RTAI改進(jìn)的Linux實(shí)時(shí)調(diào)度算法    肖和龍;唐文勝;

基于RTAI的Linux系統(tǒng)實(shí)時(shí)性研究與改進(jìn)    趙旭;夏靖波;

多核系統(tǒng)中基于動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)節(jié)能調(diào)度研究    張冬松;陳芳園;金士堯;

開(kāi)銷敏感的多處理器最優(yōu)節(jié)能實(shí)時(shí)調(diào)度算法    張冬松;吳飛;陳芳園;吳彤;郭得科;金士堯;

單調(diào)速率及其擴(kuò)展算法的可調(diào)度性判定    王永吉,陳秋萍

多核系統(tǒng)中基于G1obal EDF的在線節(jié)能實(shí)時(shí)調(diào)度算法    張冬松;吳彤;陳芳園;金士堯;

一種可行的分布式硬實(shí)時(shí)容錯(cuò)調(diào)度算法    朱萍;陽(yáng)富民;涂剛;張杰;周正勇;

硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中基于任務(wù)同步及節(jié)能的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法    韓建軍;吳曉東;李慶華;Abbas A.Essa;

基于軟件容錯(cuò)的搶占閾值調(diào)度算法設(shè)計(jì)與仿真    丁萬(wàn)夫;郭銳鋒;劉嫻;秦承剛;郭鳳釗;

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)度技術(shù)研究    張冬松

航空電子雙層任務(wù)分區(qū)調(diào)度設(shè)計(jì)    何鋒;宋麗茹;熊華鋼;

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)集成調(diào)度的兩級(jí)方案設(shè)計(jì)    王娟;吳秀文;張鐘澍;

基于面向?qū)ο蟮那度胧皆O(shè)備檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    謝永悠;楊斌;劉海青;

AVR單片機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)存分配算法的研究    王家亮;趙海;潘榮;蔡鵬華;

多路數(shù)據(jù)總線任務(wù)調(diào)度和仿真評(píng)價(jià)技術(shù)    陳琳,汪健甄,安萬(wàn)先,熊華鋼

嵌入式Linux操作系統(tǒng)調(diào)度算法改進(jìn)    徐德;

地鐵時(shí)鐘系統(tǒng)淺析    崔建樂(lè);

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)節(jié)省能耗的策略探討    陳專紅;胡虛懷;

光纖通道交換式網(wǎng)絡(luò)的虛擬通道分配策略    王昊天;丁凡;熊華鋼;

關(guān)于完全公平調(diào)度算法的研究與分析    武瑛;

提高嵌入式系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)方法研究    王業(yè)興;左小五;陳芳;

freeRTOS內(nèi)核的RM調(diào)度器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    葉永凱;董威;舒紹嫻;徐小平;

可重構(gòu)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法研究    殷進(jìn)勇

列車控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性能分析及調(diào)度策略研究    聶曉波

大功率機(jī)車柴油機(jī)時(shí)間控制式燃油噴射控制系統(tǒng)研究    王蘇敬

硬實(shí)時(shí)容錯(cuò)調(diào)度算法研究    朱萍

嵌入式系統(tǒng)節(jié)能調(diào)度算法研究與設(shè)計(jì)    王穎鋒

嵌入式軟件需求規(guī)約到軟件體系結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換研究    祝義

基于千兆以太網(wǎng)的光電經(jīng)緯儀分布式實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)的研究    張偉華

弱硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)及其調(diào)度算法    陳積明

基于模型驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)方法的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研究    高軍禮

實(shí)時(shí)系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度若干關(guān)鍵技術(shù)的研究    王濤

模型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究    趙萍

基于多處理器的雙優(yōu)化級(jí)調(diào)度算法改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)    朱俊超

嵌入式軟件測(cè)試用例生成方法研究    熊利

多處理器全局FP調(diào)度算法的研究    石林勇

數(shù)字化全自動(dòng)管焊平臺(tái)通信系統(tǒng)的研究    王經(jīng)

基于ARM的動(dòng)態(tài)壓力記錄分析儀的研究與開(kāi)發(fā)    王巖

實(shí)時(shí)系統(tǒng)中混合調(diào)度策略的研究    李婷

仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制程序的實(shí)時(shí)化    羅成

缸內(nèi)直噴汽油機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換試驗(yàn)研究    譚興聞

開(kāi)放式全電動(dòng)折彎?rùn)C(jī)數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)    林景山

RTAI實(shí)時(shí)調(diào)度器的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)    王創(chuàng)社;周樹(shù)杰;

基于軟件容錯(cuò)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度算法    韓建軍,李慶華,Abbas A.Essa

基于延遲主動(dòng)副版本的分布式實(shí)時(shí)容錯(cuò)調(diào)度算法    羅威;陽(yáng)富民;龐麗萍;李俊;

軟件容錯(cuò)模型中的容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度算法    劉東;張春元;李瑞;黃影;李毅;

多處理器片上系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度研究進(jìn)展評(píng)述    李仁發(fā);劉彥;徐成;

基于被動(dòng)副版本優(yōu)先級(jí)提高策略的分布式實(shí)時(shí)容錯(cuò)調(diào)度    朱萍;陽(yáng)富民;涂剛;

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中嵌入式Linux體系結(jié)構(gòu)的研究    陳蜀宇;曹俊勇;于渤;

基于RTAI-Linux的飛行仿真實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)    曾煒;沈?yàn)槿?

基于RTAI的Linux系統(tǒng)實(shí)時(shí)性研究與改進(jìn)    趙旭;夏靖波;

異構(gòu)分布式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)周期任務(wù)的容錯(cuò)調(diào)度算法    羅威;陽(yáng)富民;龐麗萍;涂剛;

弱硬實(shí)時(shí)調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究    吳彤

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)度技術(shù)研究    張冬松

嵌入式操作系統(tǒng)與嵌入式Linux    賈紅偉,葉文來(lái)

基于μc/os-Ⅱ嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研制    王田苗;陳友東;孫愷;魏洪興;

基于有限的共享資源模型實(shí)現(xiàn)嵌入式硬實(shí)時(shí)Linux    余化鵬;盧顯良;彭先蓉;

分布嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)容錯(cuò)調(diào)度算法    周悅;劉春光;尹金玲;單丹;

基于eCos的嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)    李接;

RT-Hypervisor:用于實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的虛擬機(jī)監(jiān)視器    劉曉芬;王軼凡;涂時(shí)亮;

μC/OS-Ⅱ?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)消息傳遞    吳國(guó)民;

基于RTAI的優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制剖析    程燁

中頻寬帶軟件無(wú)線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    楊莉軍;朱曉峰;張二艷;

可信嵌入式系統(tǒng)中可靠且能量有效的任務(wù)調(diào)度    江維;詹瑾瑜;桑楠;楊霞;

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)    沈國(guó)華;沈桂芬;

用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)建電加工智能電源    羅逸葦;張立強(qiáng);王斌修;

嵌入式實(shí)時(shí)Web服務(wù)器    石文國(guó);石理;胡登杰;

基于CPSS算法的RTAI調(diào)度器的改進(jìn)    李學(xué)橋;梁爽;陳園;

應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的研究    陳福;周樹(shù)杰;林小竹;楊躍翔;

從“自成系統(tǒng)”到“嵌為一體”——軍用嵌入式系統(tǒng)漫談    孫柏林;

基于嵌入式系統(tǒng)的無(wú)線監(jiān)控終端研究    馮斌;張恩軍;隗娜;

嵌入式系統(tǒng)在斷路器智能控制中的應(yīng)用    劉樹(shù)鑫;曹云東;侯春光;劉曉明;

基于網(wǎng)絡(luò)處理器的VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)    朱芳;章堅(jiān)武;

基于智能壓力變送器的嵌入式檢測(cè)系統(tǒng)研究    董治華;張林銳;劉亮;

軟件行業(yè)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)成立    

嵌入式系統(tǒng)大有作為    龔炳錚

物聯(lián)網(wǎng)勿求中心和終端兩全其美    記者 王曉濤

國(guó)產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)重視二次開(kāi)發(fā)    艾文

嵌入式操作系統(tǒng)探討    羅清岳

微軟嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中心正式成立    

中國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立    朱挺

微軟嵌入式系統(tǒng)大賽中國(guó)學(xué)生創(chuàng)佳績(jī)    本報(bào)記者　 凡曉芝

中國(guó)嵌入式工程師搶手    周晨

有了VSPWorks嵌入式系統(tǒng)進(jìn)通信    

對(duì)低功耗進(jìn)程調(diào)度算法的研究    吳剛

基于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的汽車檢測(cè)線測(cè)控系統(tǒng)研究    千承輝

以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為中心的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)化設(shè)計(jì)研究    任慰

嵌入式系統(tǒng)的硬/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)研究    程國(guó)達(dá)

任務(wù)關(guān)鍵實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可信感知調(diào)度研究    江維

嵌入式系統(tǒng)彈性應(yīng)對(duì)方法研究    趙國(guó)冬

基于電壓島的多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)中同步任務(wù)節(jié)能調(diào)度策略研究    吳小東

開(kāi)放式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度方法研究    鄒勇

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究    毛佳

實(shí)時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)度算法的研究    巴巍

μC/OS-Ⅱ內(nèi)核分析及其平臺(tái)的構(gòu)建    劉丙成

自主飛行機(jī)器人系統(tǒng)下實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)研究    劉華春

RT-Hypervisor：一個(gè)用于實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的虛擬機(jī)監(jiān)視器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    劉曉芬

繞線機(jī)控制器軟件模擬測(cè)試平臺(tái)的研發(fā)    鄭孝洋

嵌入式音視頻壓縮與傳輸技術(shù)的研究    徐金波

嵌入式系統(tǒng)的性能基準(zhǔn)程序及任務(wù)時(shí)限違背率    汪泓澄

嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)節(jié)能調(diào)度算法研究    肖和龍

工業(yè)控制領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性研究    陳冬

嵌入式Linux內(nèi)核分析及其在多媒體機(jī)頂盒中的應(yīng)用研究    韋益德

嵌入式LINUX的研究與應(yīng)用    王海兵