嵌入式實時系統(tǒng)節(jié)能與可靠性優(yōu)化算法研究.pdf

1、多核/眾核網(wǎng)絡化計算、低能耗綠色計算、高可信計算等計算模式的出現(xiàn),對嵌入式實時系統(tǒng)帶來了新的研究需求與挑戰(zhàn)。隨著嵌入式系統(tǒng)應用領(lǐng)域的不斷深化和芯片集成度的日益提高,對實時性、能耗和可靠性的綜合性能協(xié)同優(yōu)化顯得尤為重要,傳統(tǒng)的單性能優(yōu)化方法不再適用,迫切需要采用新的研究思路和優(yōu)化算法。
　　本文面向嵌入式實時系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同綜合流程,全面總結(jié)了單處理器、多處理器(核)及片上網(wǎng)絡(Network-on-Chip,NoC)系統(tǒng)等不同架構(gòu)

2、的節(jié)能、容錯與能耗/可靠性折中設計方法。面向各種實現(xiàn)平臺和設計需求、性能約束,本文采用不同的能耗和可靠性優(yōu)化算法,重點解決以下關(guān)鍵問題:
　　(1)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件劃分及多屬性綜合評價；
　　(2)雙處理器系統(tǒng)的容錯調(diào)度及電壓分配；
　　(3) NoC的IP(Intellectual Property)核映射及鏈路電壓分配。
　　論文的主要貢獻和創(chuàng)新之處在于:
　　(1)針對硬件面積、價格成本、功耗、實時

3、性和可靠性約束的多目標嵌入式系統(tǒng)軟硬件劃分問題,提出了一種支持多屬性決策的求解算法。根據(jù)給定的系統(tǒng)任務流圖以及可重用軟硬件組件庫,首先將可靠性轉(zhuǎn)化為可累加的成本型指標,基于改進后的最短路徑算法,獲得符合約束條件的軟硬件劃分方案Pareto集。在此基礎(chǔ)上,采用組合賦權(quán)TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarly to Ideal Solution)方法,對各候選劃分方案進行評價排序,

4、從而獲得綜合性能評價最優(yōu)的軟硬件劃分結(jié)果。
　　(2)針對能量受限雙處理器嵌入式實時系統(tǒng)的容錯調(diào)度及電壓分配問題,提出了一種基于禁忌搜索的可靠性優(yōu)化算法。給定獨立實時任務集和兩個電壓可動態(tài)調(diào)整的處理器,采用改進的主/副版本模型,基于EDF(Earliest Deadline First)調(diào)度,確定每個任務在任意處理器上的容錯備份數(shù),并為每個任務實例分配合適的電壓模式。本算法考慮了電壓降低對瞬時故障率的影響,在總能量和關(guān)鍵任務可靠性

5、約束下,使系統(tǒng)的可靠性得到優(yōu)化。
　　(3)針對能量和可靠性感知的IP核映射與通信鏈路電壓分配問題,提出了一種嵌套的NoC通信能耗/可靠性協(xié)同優(yōu)化算法。給定 IP核通信任務圖和鏈路電壓可調(diào)整的NoC平臺,基于遺傳算法獲得NoC映射后,采用一種性能變化率驅(qū)動的啟發(fā)式電壓分配算法,為每個通信任務在各映射鏈路上分配電壓值。本算法在確保NoC帶寬約束的同時,可以有效降低NoC鏈路的通信能耗,實現(xiàn)了節(jié)能與可靠性的折中。
　　隨著嵌入式