动态优先级半透视非精确混合关键任务能耗优化调度方法与流程

本发明涉及实时调度，特别是一种动态优先级半透视非精确混合关键任务能耗优化调度方法。

背景技术：

1、混合关键系统是将不同关键层次的应用集成到同一个共享平台，以满足系统尺寸、重量以及能耗的需求。优雅降级是指系统切换到高模式，依然能够对低关键层次任务提供降级服务。

2、混合关键级系统需要平衡任务在实时性与关键等级方面的不同需求，通常都定义有自己的安全级别。例如，在航空电子安全认证标准do-178c中，有5个关键层次a-e，其中a是最高关键层次，e是最低关键层次；以及汽车电子等领域提供的标准都对系统中不同功能的分级进行了明确定义。

3、在航空领域，对于无人机而言，通常采用电池供电，而且需要在低端的环境工作，其续航时间尤其重要；低能耗不仅能够提高电池的续航时间，而且能够提高处理器寿命和系统可靠性，进而提升产品的竞争力。

4、现有技术对于混合关键能耗优化的主要关注对象为经典的非透视混合关键任务模型，该模型中低关键层次任务在高模式下直接被丢弃，忽略这些任务能够继续执行的条件，这会导致系统资源的浪费，不符合实际，因此对应的算法也不能直接应用在无人机中。此外，现有技术中系统模式切换的时刻主要是通过判断高关键层次的执行时间(worstcase execute time，wcet)超过其低模式最坏情况执行时间时，是否完成执行而得到的，这会导致系统的利用率低下。

5、因此，现有技术中存在系统资源浪费、系统利用率低下的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供了一种动态优先级半透视非精确混合关键任务能耗优化调度方法，旨在解决现有技术中存在系统资源浪费、系统利用率低下的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种动态优先级半透视非精确混合关键任务能耗优化调度方法，其包括以下步骤：建立动态优先级半透视混合关键任务优雅降级调度模型；根据预设规则分别确定调度规则与系统正确性规则；根据预设公式得到低关键层次任务τi的处理器需求、高关键层次任务τj的处理器需求；根据系统正确性规则、低关键层次任务τi的处理器需求、高关键层次任务τj的处理器需求，计算处理器速度，并以该处理器速度进行调度。

3、可选的，建立动态优先级半透视混合关键任务优雅降级调度模型，具体包括：在单处理器中，有n个截止期限约束的混合关键偶发任务集γ＝{τ1,τ2,…,τn}，并采用抢占动态优先级策略调度该任务集；混合关键偶发任务τi由四元组{ti,di,ξi,ci}组成，且1≤i≤n，i为整数；其中ti为混合关键偶发任务τi的周期；di为混合关键偶发任务τi的相对截止期限，且di≤ti；ξi为混合关键偶发任务τi的关键层次，且ξi∈{lo,hi}，当混合关键偶发任务τi的关键层次为lo时，即ξi＝lo时，τi为低关键层次任务，当混合关键偶发任务τi的关键层次为hi时，即ξi＝hi时，τi为高关键层次任务；ci表示混合关键偶发任务τi在不同模式的最坏执行时间，且ci∈{ci(lo)，ci(hi)}，当ci＝ci(lo)时，表示混合关键偶发任务τi在低模式的最坏执行时间，当ci＝ci(hi)时，表示混合关键偶发任务τi在高模式的最坏执行时间。

4、可选的，根据预设规则确定调度规则与系统正确性规则，具体包括：将第一预设规则确定为调度规则，第一预设规则具体为：系统开始时处于低模式；当高关键层次任务τj在时刻ts到达并且触发模式转换，此时系统由低模式切换至高模式，ts为系统模式转换的时刻，释放时刻在时刻ts之前的高关键层次任务τj的执行时间不超过τj在低模式的最坏执行时间cj(lo)；释放时刻在时刻ts及时刻ts以后的高关键层次任务τj的执行时间从cj(lo)提升至cj(hi)，其中cj(hi)为τj在高模式的最坏执行时间；在时刻ts之前未完成执行的低关键层次任务τi或者在时刻ts释放的低关键层次任务τi的执行时间为ci(lo)；在时刻ts以后释放的低关键层次任务τi的执行时间为ci(hi)；当处理器处于空闲状态或者所有的高关键层次任务完成执行，系统由高模式切换至低模式；将第二预设规则确定为系统正确性规则，第二预设规则具体为：无论系统处于何种模式，所有任务均在其对应的截止期限内完成执行；即，在任意的时间间隔t内，任务集γ在低模式和高模式的处理器需求均小于或等于时间间隔t，t的值小于或等于任务集γ的超周期。

5、可选的，任务集γ的超周期等于所有任务周期的最小公倍数。

6、可选的，系统处于低模式是指任何任务τi的执行时间都不超过τi在低模式的最坏执行时间ci(lo)；系统处于高模式是指任何任务τi的执行时间都不超过τi在高模式的最坏执行时间ci(hi)；若混合关键偶发任务τi为低关键层次任务，则ci(hi)<ci(lo)；若混合关键偶发任务τi为高关键层次任务，则ci(hi)≥ci(lo)。

7、可选的，动态优先级策略是指任务的优先级在执行过程中会发生变化，动态优先级策略具体为使用最早截止期限优先策略来调度偶发任务集。

8、可选的，最早截止期限优先调度策略具体为通过任务τi的绝对截止期限确定优先级；任务τi的绝对截止期限越小，则其优先级越高；若任务τi的绝对截止期限相同，则任务τi的到达时间越早，其优先级越高；若任务τi的绝对截止期限和到达时间都相同，则任务τi的下标i越小的，优先级越高，高优先级的任务优先执行；任务τi的绝对截止期限等于其到达时间与相对截止期限之和。

9、可选的，预设公式包括第一预设公式、第二预设公式、第三预设公式和第四预设公式；低关键层次任务τi的处理器需求包括低关键层次任务τi在低模式的处理器需求dbflo(τi,t)和低关键层次任务τi在高模式的处理器需求dbfhi(τi,ts,t)；高关键层次任务τj的处理器需求包括高关键层次任务τj在低模式的处理器需求dbflo(τj,t)和高关键层次任务τj在高模式的处理器需求dbfhi(τj,ts,t)；根据预设公式得到低关键层次任务τi的处理器需求、高关键层次任务τj的处理器需求，具体包括：根据第一预设公式得到低关键层次任务τi在低模式的处理器需求dbflo(τi,t)，根据第二预设公式得到低关键层次任务τi在高模式的处理器需求dbfhi(τi,ts,t)；根据第三预设公式得到高关键层次任务τj在低模式的处理器需求dbflo(τj,t)；根据第四预设公式得到高关键层次任务τj在高模式的处理器需求dbfhi(τj,ts,t)。

10、可选的，第一预设公式具体为：dbflo(τi,t)＝ψi(t)ci(lo)/s；其中，ψi(t)为在时间间隔t内任务τi释放的作业数量，且s为处理器速度；

11、第二预设公式具体为：dbfhi(τi,ts,t)＝ψi(t)ci(hi)/s+bi(ci(lo)-ci(hi))/s；其中，bi为释放时刻在ts以后，时间间隔t内任务τi释放的作业数量，且

12、第三预设公式具体为：dbflo(τj,t)＝ψj(t)cj(lo)/s；其中，ψj(t)为在时间间隔t内任务τj释放的作业数量，且s为处理器速度；

13、第四预设公式具体为：dbfhi(τj,ts,t)＝ψj(t)cj(lo)/s+aj(cj(hi)-cj(lo))/s；其中，aj为释放时刻在ts以后，时间间隔t内任务τj释放的作业数量，且aj＝ψj(t-ts)。

14、可选的，根据系统正确性规则、低关键层次任务τi的处理器需求、高关键层次任务τj的处理器需求，计算处理器速度，具体包括：根据系统正确性规则、低关键层次任务τi的处理器需求、高关键层次任务τj的处理器需求，得出系统在低模式的应满足下式：

15、

16、即，根据低关键层次任务τi在低模式的处理器需求dbflo(τi,t)、高关键层次任务τj在低模式的处理器需求dbflo(τj,t)二者之和与时间间隔t的关系，计算得到处理器速度；

17、根据系统正确性规则、低关键层次任务τi的处理器需求、高关键层次任务τj的处理器需求，得出系统在高模式的满足下式：

18、

19、即，根据低关键层次任务τi在高模式的处理器需求dbfhi(τi,ts,t)、高关键层次任务τj在高模式的处理器需求dbfhi(τj,ts,t)二者之和与时间间隔t的关系，计算得到处理器速度；其中，γlo为低关键层次任务集合，γhi为高关键层次任务集合。

20、本发明的有益效果是：

21、(1)通过动态优先级方法调度混合关键任务，利用系统正确性规则计算能耗的处理器速度，不仅有效地提高系统的利用率，而且能够降低系统能耗；

22、(2)本发明提供的方法在系统处于高模式时，能够为非关键层次任务提供降级服务，提高系统资源利用率；

23、(3)本发明提供的方法与其它算法相比，能够节约50.07％的归一化能耗，使得混合关键系统能耗的降低，确保系统的实时性与可靠性。