基于負載分析的嵌入式系統(tǒng)動態(tài)功耗管理策略的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的性能有了迅速的提升，逐漸被應(yīng)用于多媒體、通信和導(dǎo)航等對數(shù)據(jù)處理要求更高的領(lǐng)域。高主頻的處理器、高功耗的設(shè)備和大容量的內(nèi)存使得嵌入式系統(tǒng)的功耗急劇上升。然而，對于那些有移動和便攜需求的嵌入式系統(tǒng)，由于采用電池供電，因此在有限能量供給下僅能維持較短的運行時間。同時高功耗部件散發(fā)出的熱量會引起系統(tǒng)內(nèi)溫度升高，從而嚴重降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，縮短系統(tǒng)使用壽命。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計者已將降低系統(tǒng)功耗作為關(guān)

2、注的焦點。系統(tǒng)級的動態(tài)功耗管理(DPM)即為其中之一。在多媒體和導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域，許多以硬盤作為存儲介質(zhì)的系統(tǒng)中，硬盤的功耗成為主要功耗來源。 本研究以此為背景，對基于負載分析的動態(tài)功耗管理策略進行研究，尋求通過系統(tǒng)配置和管理，利用微硬盤的多種低功耗模式來降低硬盤空閑時功耗的最優(yōu)方法。傳統(tǒng)單請求源負載模型無論是周期性的還是隨機性的，都忽略了實際系統(tǒng)多任務(wù)多線程的特點，因而對于實際非平穩(wěn)的負載不能很好的吻合。多路選擇模式的多請求源負

3、載模型，在局部平穩(wěn)的假設(shè)下劃分出不同的請求源，但要求請求源的空閑時間服從同一類型的分布，從而限制了模型適用的范圍。本文將其改進為多路混合模式的多請求源負載模型，以線程為獨立的請求源，請求源按照線程的入口地址以及所屬任務(wù)進行分組，同組請求源的空閑時間服從相同的分布。所有活動請求源的負載分布經(jīng)過混合器合并后形成整個系統(tǒng)的負載分布。本文將改進后的模型應(yīng)用于DPM的預(yù)測，針對傳統(tǒng)預(yù)測策略忽視應(yīng)用特征和基于程序計數(shù)器訪問的預(yù)測策略沒有區(qū)分多層調(diào)用

4、等問題，提出了基于堆棧的多線程預(yù)測技術(shù)。該預(yù)測技術(shù)以請求發(fā)生時的堆棧信息來區(qū)分不同調(diào)用路徑上的請求，根據(jù)相同特征的請求之后的空閑時間進行單線程的預(yù)測，然后將單線程的預(yù)測結(jié)果匯集成最終的預(yù)測結(jié)果。通過對預(yù)測策略與超時策略的研究分析，發(fā)現(xiàn)預(yù)測策略在周期性強的負載下效果顯著，而不適合于隨機性較強的負載，超時策略則恰好相反。因此，本文提出將預(yù)測技術(shù)和超時技術(shù)相結(jié)合的預(yù)測性超時策略。該策略根據(jù)預(yù)測結(jié)果進行分組決策，決策時采用基于概率分布統(tǒng)計的單門

5、限自適應(yīng)超時技術(shù)。在負載隨機性強時利用自適應(yīng)超時技術(shù)減少誤預(yù)測的影響，在負載規(guī)律性強時利用預(yù)測技術(shù)提高區(qū)分度盡可能減少超時門限的影響。 本文設(shè)計了基于事件驅(qū)動的DPM系統(tǒng)軟件仿真，通過事件模擬出操作請求和系統(tǒng)信息，觸發(fā)各部件模擬器的執(zhí)行。根據(jù)對實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析提取功耗和狀態(tài)模型的參數(shù)，準確模擬了硬盤的空閑時功耗和狀態(tài)的變化，經(jīng)過模型檢驗，功耗的仿真結(jié)果的最大相對誤差約為3％?；谠摲抡嫫脚_進行了DPM策略測試評估，評估采用差異