基于裁剪的弱硬实时调度算法

针对当前弱硬实时调度算法无法保证超过窗口长度的执行序列的满足率达到一定比例的问题,基于(m~-,p)弱硬实时约束,提出了一种基于裁剪的调度算法(cut-down based scheduling,简称CDBS).由于判断(m~-,p)约束是否满足需要遍历任务的整个执行序列,因此判断复杂度很大.为此,提出一种高效的裁剪执行序列的算法,同时证明其正确性,并利用适当的数据结构,使得计算复杂度与序列长度无关,通过实验说明其降低计算复杂度的有效性.进一步与其他经典实时调度算法(EDF(earliest deadline first),DBP(distance-based priority),DWCS(dynamic window constraint schedule))进行比较,验证该算法与其他算法具有相当的性能.     

多核系统中基于动态电压频率调节的实时节能调度研究

在实时嵌入式领域,特别是无线移动和便携式计算领域,能耗是首要考虑的因素,这也是多核处理器尚未在嵌入式领域全面展开应用的首要因素。目前针对多核系统的实时应用,基于动态电压频率调节(DVFS)的实时节能调度技术研究得较少,还有许多问题亟待解决。本文介绍了多核系统中动态电压频率调节技术,分析讨论了当前多核系统中实时调度研究进展,主要针对同构多核、异构多核、并行任务模型和弱硬实时模型等方面,深入探讨了多核系统中基于DVFS的实时节能调度。本文结合多核系统、电压频率动态调节节能和实时调度,探索了多核系统中的实时节能调度,奠定了理论和技术基础,具有重大的理论意义和现实应用价值。     

可变负载动态反馈弹性调度模型及其算法研究

由于工作负载的动态变化,以多媒体应用为代表的软实时系统的运行具有很大的不确定性.在这种情况下,依靠任务的静态属性进行调度分析和决策不足以为系统提供高效、实用的资源分配支持.提出一种弹性资源调度算法,该算法周期地采集系统的作业总数和作业丢失数,并以此为根据改变部分软实时任务的作业周期,以调整系统在下一个采样周期内的作业总数,达到满足任务的QoS(quality of service)、接纳尽可能多的服务请求、提高系统的并发服务能力的目的.详细分析了模型结构和核心算法的实现机制,并利用模拟平台对该算法进行了验证.实验结果表明,该算法在提高资源利用效率的同时,还具有良好的稳定性和收敛性.     

基于Lebesgue采样的动态反馈实时调度模型

提出一种基于Lebesgue采样方法和弹性调度算法的动态反馈实时调度模型。通过调整实时任务的执行速率,使软实时系统的系统负载始终保持在参考值以下。利用硬件看门狗技术在系统过载时产生中断,实现基于事件的Lebesgue采样。在实时操作系统RTAI中实现该调度模型,并对模型的暂态性能和稳态性能进行分析验证。实验结果表明,该模型不仅保持了系统的稳定性,还能显著降低调度算法的系统开销。     

基于任务同步及节能的实时调度算法

实时任务在实际应用中通常需要以独占方式访问共享资源, 但是由于资源的独占性导致高优先权任务运行时往往被低优先权任务阻塞, 从而产生优先权反转, 难以满足任务的实时性;同时当前处理器由于较高的能量消耗,导致处理器热量散发提高及系统可靠性降低, 已经成为目前计算机领域较为关心的问题.提出一种基于任务同步及节能的实时调度算法CSSFA,有效地解决了上述难题.CSSFA在满足任务实时可调度性及任务同步的条件下,固定临界区的运行速度,使更多的空闲时间用于非临界区部分,有效地降低了整体系统的能耗;同时也能避免高优先权任务被阻塞、临界区继承高优先权任务的速度时所造成的处理器电压开关的频繁切换, 因而能有效地降低实时任务调度的成本.试验测试表明,CSSFA在调度性能上明显优于目前所知的有效算法.     

能量限制下基于效用获取的实时节能调度算法

面向基于电池供电的嵌入式实时系统,设计效用获取的实时节能调度算法.在实时系统的研究中,通常采用同步机制来实现任务对资源的互斥共享访问.在这种情况下,调度算法旨在能量受限下获得最大的系统效用,同时满足实时任务的可调度及任务同步.提出了两步节能算法(two-step energy-efficient algorithm, TSEEA),此算法包含两部分:静态算法和动态算法.静态算法部分在离线状态下,获得保守情况下任务的运行速度,并保证实时可调度及任务同步;动态算法部分在系统的运行过程中,综合考虑系统的静态信息、性能需求以及任务的动态行为,释放并回收空闲时间,有效调整任务运行速度,以求在有限能量供应前提下获取更大的系统效用.与其他有效算法相比,提出的算法保证只要供能充足,所有的任务均满足实时性要求,因此本算法可充分利用有限能量更多的效用,另外降低了时间复杂度.实验结果表明本算法在效用获取方面优于现有的其他算法.     

基于动态松弛时间回收的开销敏感节能实时调度算法

为适应实际系统中任务集的不断变化以及不可忽视状态切换开销的要求,针对多核多处理器系统中常见的周期任务模型,提出一种基于动态松弛时间回收的开销敏感节能实时调度算法DSROM,在每个TL面的初始时刻、任务提前完成时刻实现节能调度及动态松弛时间回收,在不违反周期任务集可调度性的基础上,达到实时约束与能耗节余之间的合理折衷。模拟实验结果表明,DSROM算法不仅保证了周期任务集的最优可调度性,而且当任务集总负载超过某一个值后,其节能效果整体优于现有方法,最多可节能近20%。     

一种面向数控系统的动态反馈调度模型

由于数控系统的动态特性,其运行过程中可能会发生处理器过载现象.开环的调度算法无法在处理器过载时仍然保持系统的稳定,从而对加工精度造成影响.为了提高数控系统的稳定性,本文针对数控系统的混合任务集提出一个闭环的反馈调度模型.并通过实验对模型的有效性进行了验证.实验结果表明,该调度模型能够提高数控系统的稳定性.     

COTS Switch工业以太网实时调度算法

针对基于商用现成组件技术（Commercial Off-The-Shelf,COTS）的交换式以太网不能满足工业数据通信的实时性要求问题,给出了改进的FTT（Flexible Time-Triggered communication paradigm）网络调度模型,提出了新的周期性实时消息链路可调度性优化判定方法,在此基础上设计了一种基于EDF（Earliest Deadline First）的实时调度算法。算法通过对网络消息流量进行有效控制防止交换机缓冲区溢出,同时充分发挥网络在同一时间存在多个并行传输链路的优势,提高了网络实时性。仿真实验表明该算法在提高网络的聚合带宽、减小消息的平均等待延时和丢失率方面均有明显的优势。     

基于辅助队列的硬实时混合任务节能调度算法

节能调度是当今实时系统研究的一个重要领域,其中混合实时任务节能调度技术研究刚刚起步.OLDVS算法是非常简洁的硬实时系统在线节能调度算法,但存在以下不足:不适应任务执行的动态变化,不能有效利用动态松弛时间,过于保守以致节能效果并不理想.据此,提出一种新的基于辅助队列的硬实时混合任务节能调度算法(OLDVS-AQ).通过引入一个额外的数据结构即辅助队列(Assisted Queue,AQ)来计算任务的最大完成时间,能够更有效地利用动态松弛时间进一步降低能耗.证明了该算法的可调度性,仿真实验结果表明,OLDVS-AQ算法始终优于OLDVS算法.平均提高约10%的节能效果.     

基于嵌入式RTOS的闭环反馈调度算法的研究

分析了常见调度算法的特点,提出一种基于嵌入式实时操作系统的闭环反馈控制调度策略。针对任务的特点,从任务的周期与非周期性、I/O消耗和处理器消耗型两个方面对任务进行相应的反馈控制,使调度器具有一定程度上的自适应功能。并对实时操作系统μC/OS-II的内核调度算法进行改进,同时与EDF算法进行对比测试,可以看出改进后的调度算法在系统负载较重或系统过载的情况下表现良好。     

模糊反馈控制实时调度算法

为了解决模糊不确定任务集在不可预测环境下的动态抢占调度问题,应用模糊规则和模糊调度理论,提出一个基于模糊反馈控制的调度算法,并建立相应的调度架构.该架构由基本调度器和模糊反馈控制两部分组成.用模糊调度算法作为基本调度器的调度算法,将任务集按不同优先级等级进行划分,优先级等级高的任务优先调度,从而使得更多的重要任务得到调度;模糊控制器与任务流调节策略一起构成模糊反馈控制部分.仿真结果表明,模糊反     

基于嵌入式RTOS的闭环反馈调度算法的研究

分析了常见调度算法的特点，提出一种基于嵌入式实时操作系统的闭环反馈控制调度策略。针对任务的特点．从任务的周期与非周期性、I／O消耗和处理器消耗型两个方面对任务进行相应的反馈控制，使调度器具有一定程度上的自适应功能。并对实时操作系统μC／OS-Ⅱ的内核调度算法进行改进，同时与EDF算法进行对比测试，可以看出改进后的调度算法在系统负载较重或系统过载的情况下表现良好。     

基于多处理机的混合实时任务容错调度

提出了一种混合实时任务容错调度算法．该算法采用Rate Monotonic(RM)算法完成周期任务的静态调度；采用预订处理机时间方法和Earlier Deadline First(EDF)算法动态调度非周期任务；采用主／副版本备份技术确保系统的容错能力．通过充分利用周期任务的剩余处理机时间调度非周期任务和主动备份与被动备份相结合的方法有效地减少了处理机数．仿真结果证明了算法的有效性．     

Feedback EDF Scheduling of Real-Time Tasks Exploiting Dynamic Voltage Scaling

Many embedded systems are constrained by limits on power consumption, which are reflected in the design and implementation for conserving their energy utilization. Dynamic voltage scaling (DVS) has become a promising method for embedded systems to exploit multiple voltage and frequency levels and to prolong their battery life. However, pure DVS techniques do not perform well for systems with dynamic workloads where the job execution times vary significantly. In this paper, we present a novel approach combining feedback control with DVS schemes targeting hard real-time systems with dynamic workloads. Our method relies strictly on operating system support by integrating a DVS scheduler and a feedback controller within the earliest-deadline-first (EDF) scheduling algorithm. Each task is divided into two portions. The objective within the first portion is to exploit frequency scaling for the average execution time. Static and dynamic slack is accumulated for each task with slack-passing and preemption handling schemes. The objective within the second portion is to meet the hard real-time deadline requirements up to the worst-case execution time following a last-chance approach. Feedback control techniques make the system capable of selecting the right frequency and voltage settings for the first portion, as well as guaranteeing hard real-time requirements for the overall task. A feedback control model is given to describe our feedback DVS scheduler, which is used to analyze the system's stability. Simulation experiments demonstrate the ability of our algorithm to save up to 29% more energy than previous work for task sets with different dynamic workload characteristics. This work was supported in part by NSF grants CCR-0208581, CCR-0310860 and CCR-0312695. Preliminary versions of parts of this work appeared in the ACM SIGPLAN Joint Conference Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems (LCTES'02) and Software and Compilers for Embedded Systems (SCOPES'02) (Dudani et al., 2002), in the Workshop on Compilers and Operating Systems for Low Power 2002 (Zhu and Mueller, 2002) and in the IEEE Real-Time Embedded Technology and Applications Symposium 2004 (Zhu and Mueller, 2004a).     

一种基于标准化QoS公平的反馈控制实时调度算法

任务间的QoS公平性是多QoS级别的可调节动态实时调度系统中的一个重要问题.本文引入了标准化QoS公平的概念,在公平性中加入了任务的重要性因素,并构造了具有PID反馈控制环节的实时调度算法NF-QoS来达到标准化QoS公平.利用NF-QoS对系统截止期错失率进行实时采样,定期反馈给PID控制器,根据PID控制器计算的结果对各任务QoS级别进行调整,以保证各任务公平地得到处理器资源.实验结果表明,NF-QoS不仅合理地协调了系统利用率和截止期错失率,并且有效地提高了系统的QoS公平性.     

基于至少连续满足弱硬实时限制的调度算法

对至少连续满足弱硬实时限制的性质进行了扩充，提出并证明了任务不满足子序列长度与任务连续满足的截止期限数之间的关系.在此基础上提出了改进的弱硬实时限制调度算法：MRA．MRA用于在弱硬实时系统中保证任务满足至少连续满足限制，是一种高效、易于实现的调度算法,仿真实验的结果表明，MRA调度算法在提高任务对限制的满足率和保证任务实时性方面优于同类算法．     

Stable and Real-Time Scheduling of a Class of Hybrid Dynamic Systems

Based on some practical engineering problems arising from process control and space-structure control, this paper studies a class of hybrid dynamic systems in which N plants are controlled by a central controller in sharing time manner, where the plants are described by differential equations and the controller works according to the mechanism of discrete events. An event feedback strategy is suggested to be a scheduling policy such that one and only one plant among N plants is chosen to be controlled at any time. Some conditions of asymptotical and exponential stability are then given and an exponential upper bound of states norm is also estimated for the event feedback scheduling strategy. An algorithm based on event feedback strategy is presented to determine the control laws of the plants to meet the given performance. An example follows to illustrate the application and effect of the results.     

一种基于VFD多核系统的硬实时任务节能调度算法

由于芯片功耗不断增加,节能已成为一个亟待解决的重要问题.基于全局异步局域同步(GALS)及电压频率域(VFD)技术的多核处理器计算平台,提出周期性硬实时任务节能调度算法.首先将给定任务集中的实时任务按最差匹配递减(WFD)策略映射到各个计算核上,使各计算核的利用率相对更加均衡,然后利用静态电压/频率调整策略,将每一个VFD内各计算核的共享运行频率降至此VFD中负载最重的计算核的利用率以回收并利用空闲时间节能.在静态策略的基础上提出空闲时间重分配(SR)策略,在保证实时任务可调度的前提下,通过进行任务迁移来平衡VFD内各计算核上的空闲时间分布,以进一步降低VFD的共享运行频率,从而降低能耗.实验表明提出的节能算法可取得较好的节能效果.