安全關(guān)鍵嵌入式系統(tǒng)的能耗測量分析與實(shí)時調(diào)度研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)正深刻地推動著社會的信息化、智能化發(fā)展，并且在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著舉足輕重的作用。然而，嵌入式系統(tǒng)由于通常工作在復(fù)雜嚴(yán)苛的受限環(huán)境中，尤其對于那些采用電池供電的設(shè)備，因而嵌入式系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重的能耗約束。不僅如此，隨著互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的逐漸興起，嵌入式系統(tǒng)面臨的安全威脅也日益嚴(yán)峻。低能耗、高安全性的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
　　低功耗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，離不開對系統(tǒng)能耗的測量分析。本文針對嵌入式軟件傳

2、統(tǒng)能耗測量方法的不足，從專業(yè)測控領(lǐng)域?qū)ふ医鉀Q辦法，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一種基于LabVIEW的精確能耗測量手段。該方法對嵌入式程序軟件所運(yùn)行的目標(biāo)設(shè)備直接進(jìn)行電壓和電流信號的測量與采集，并采用一種基于離散數(shù)據(jù)的近似能耗計算方法，求得有效能耗數(shù)據(jù)。通過實(shí)際的對比測量，證明了本方法的正確性與有效性。
　　要深入地研究安全與能耗之間的聯(lián)系，對安全算法的能耗特征分析就顯得尤為重要。為了獲得相關(guān)安全算法的精確能耗和性能數(shù)據(jù)，基于本文提出的嵌入式軟件能

3、耗測量方法，搭建了實(shí)際的物理測量平臺。在該平臺上測得了典型安全算法的能耗數(shù)據(jù)，主要包括：對稱密碼算法、非對稱密碼算法、哈希算法。根據(jù)所測數(shù)據(jù)，本文提出一種多維的分析框架，從功率、速度、單位能耗成本這三個角度揭示了安全算法的能耗特征。為了幫助解釋和研究這些能耗特征，本文還構(gòu)建了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行歸納和擴(kuò)展。
　　高效率的安全與能耗感知的實(shí)時任務(wù)調(diào)度算法，對于降低系統(tǒng)能耗、提高系統(tǒng)安全性有顯著作用。本文針對異構(gòu)環(huán)境下的實(shí)時嵌入式系統(tǒng)

4、，提出了安全與能耗感知的調(diào)度長度和能耗權(quán)重可調(diào)的WTSE（Weight Tuning for Schedule Length and Energy Consumption）實(shí)時任務(wù)調(diào)度算法。該算法充分考慮了網(wǎng)絡(luò)通信、安全服務(wù)、系統(tǒng)能耗、任務(wù)實(shí)時性等多種因素，并通過作業(yè)調(diào)度長度和能耗權(quán)重可調(diào)的線性判別函數(shù)來篩選最優(yōu)結(jié)點(diǎn)。此外，設(shè)計了一種任務(wù)松散時間利用率機(jī)制，以確保安全服務(wù)不會占用過多能耗和處理機(jī)時間。通過相關(guān)算法的對比實(shí)驗(yàn)，證明了該算法