多處理器片上系統中溫度感知的任務調度算法研究.pdf

1、近幾年，越來越多的新型嵌入式系統需要高性能、高集成度的處理器來滿足其相關的嵌入式設計約束，例如減小系統的物理尺寸或者降低功耗。在這種情況下，多處理器片上系統(Multiprocessorsystems-on-chips，MPSoCs)成為了解決這一問題的一個比較理想的方案，并且引起了學術界和工業(yè)界的共同關注。然而，隨著處理器內核數目和集成度的增加，芯片內部功耗值和發(fā)熱量急劇增加，芯片內部溫度也隨之上升。高溫熱點和大的溫度變化增加了系統的

2、冷卻成本，降低了系統的可靠性和性能，嚴重制約了高性能微處理器在實時系統中的應用和發(fā)展。在滿足實時系統截止期和芯片閾值溫度的約束下，如何執(zhí)行任務調度、降低芯片能耗是一個亟需解決的熱點問題。
　　 在研究了多種關于多處理器片上系統的溫度管理技術的基礎上，提出了兩種溫度感知的動態(tài)任務調度算法。首先，本文提出了一種MPSoCs中基于滑動窗口模型的溫度感知動態(tài)任務調度算法Prob-HN。該算法根據各個內核以及其鄰居單元的當前溫度和歷史溫度

3、，計算內核的任務分配概率，然后選擇一個概率最大的空閑內核來執(zhí)行任務。在考慮內核的歷史溫度影響時，定義了一個溫度滑動窗口模型，用來記錄最近n個任務到達時各單元的溫度，同時，考慮到距離當前時間越遠的歷史溫度對當前的影響越小的情況，定義了一個衰減函數，對不同時間的歷史溫度分配不同的影響權重。在考慮內核鄰居單元的溫度時，為了權衡算法的精確度和復雜度，將物理位置直接相鄰的單元定義為鄰居單元，只考慮分組內鄰居單元之間的溫度影響，不考慮分組間單元之間

4、的溫度影響。
　　 針對支持DVFS的MPSoCs中實時任務的調度問題，本文提出一種溫度感知動態(tài)任務調度算法Prob-V。該算法首先根據內核自身的溫度以及其鄰居單元的溫度，為每一個空閑內核計算一個任務分配概率，然后選擇任務分配概率最大的空閑內核來執(zhí)行就緒的任務。當第一步中選定內核來執(zhí)行就緒任務之后，算法將依據兩個定理為選定的內核確定合適的電壓/頻率狀態(tài)，在保證任務可以在截止期之前完成的情況下使內核的最高溫度最低。
　　

5、為了對本文提出的溫度感知的動態(tài)任務調度算法進行評估，本文使用HotSpot5.0作為功率-溫度建模工具，根據具體的多處理器片上系統的特性開發(fā)了一個連續(xù)運行的動態(tài)調度模擬器。該模擬器可以方便的對各種多處理器片上系統中的溫度感知的動態(tài)任務調度算法進行評估;可以根據需要生成各種周期性、帶依賴關系的隨機任務集，或者低、中、高負載的固定任務集;可以將算法執(zhí)行過程中處理器各組成部分的溫度以圖形化的形式進行動態(tài)顯示。利用本動態(tài)調度模擬器，對文中提出的