基于能耗和减速因子成比例的前提,如inputvector control 和power supp ly gating等用来降低漏电流功耗,以及通过控制体偏置电压进而调节阈值电压的方法和基于自适应体偏置的调度技术也是降低静态功耗的方法。这些方法在只考虑处理器功耗时能够获得不错的效果,但当涉及如内存、I/O等设备时,上述方法往往不能起到很好的降低系统总功耗的效果。这就产生了将减速因子( slowdown)与关断因子( shutdown)组合考虑的新方法来降低功耗。这里,处于关断( shutdown)状态被认为是几乎没有漏电流功耗的状态。
在早期研究中, Irani等人[ 15 ]考虑了DVS与关断因子的组合问题,作者基于连续电压范围和功耗凸函数( convex power consump tion function)的假设提出了一种竞争性离线算法。Lee Y等人[ 16 ]提出了实时周期系统下的一种延迟调度( p rocrastinationscheduling)策略以及Leakage Control EDF (LC2EDF)和Leakage Control Dual Priority (LC2DP)调度算法。
单个设备的延迟算法将决定系统何时进入或离 开关 断状态。延迟算法通过延长睡眠间隔能够有效地减少唤醒次数,能够带来更高效的系统性能同时满足任务的截止时间限。
整合延迟算法和动态电压调节技术是一种有效的降低系统功耗的方法。Jejurikar R等人评估了在EDF调度策略下的延迟算法的使用情况,并测试了固定优先级( fixed p riority) 和竞争优先级( dualp riority)系统调度性能。他们认为Lee的LC2DP算法中延迟会导致任务不能满足截止时间限,进而修正了该延迟算法存在的问题。在随后的研究中,他们计算了两种优先级调度策略下的任务延迟间隔,指出竞争优先级调度比固定优先级调度在延迟间隔中能更有效地降低系统功耗。
集成静态功耗的DVS策略因为需要考虑漏电流功耗对总功耗的影响,所以在结合动态功耗条件下,计算系统的关键点(Critical Point)来确定最小总功耗时系统的关键速度(Critical Speed) ,继而给出系统的低功耗调度策略, 于是有相应的CriticalSpeed DVS(CS2DVS)和Critical Speed DVS with Pro2crastination (CS2DVS2P);后者引入延迟算法,通过增加任务之间的空闲时间,进一步降低功耗。
3、实时DVS策略仿真
我们的实时DVS策略仿真是根据Pering T等人和Shin D等人提出的仿真与评估方法加以改进。该方法以U I、Real2Time Audio 和MPEG De2comp ression等作为基准测试程序,硬件平台也使用具有能够进行连续电压调节的如 Intel PXA系列处理器,并且系统搭载一定的外设,如内存、I/O和硬盘等。 仿真器 将一组任务序列作为输入,该序列包含每个任务的周期和运行开销以及相应的一些系统参数。输出为处理器利用率与功耗的关系模型。在仿真中我们将最坏截止时间对应处理器速率为最大执行速率,任务序列为随机序列,并定义其周期的取值范围。
在动态功耗DVS策略中具体算法可能是由一种或几种空闲评估算法组成。我们列出主要的算法组合,如表1。
表1 动态DVS策略算法组合
针对上述DVS算法,我们通过标准化评估模型分析他们的平均功耗情况与不使用DVS策略模型的功耗比,如图1。
图1 动态功耗DVS策略的功耗比较
对于考虑静态功耗的DVS算法而言,在处理器利用率较小的时候, CS2DVS2P算法能获得最小的功耗,随着处理器利用的上升,一般DVS以及CS2DVS算法都能与CS2DVS2P获得大致相同的功耗,如图2。
图2 漏电流功耗DVS策略功耗比较。
图2中的功耗是相对于没有采用DVS策略的功耗而得到的标准化功耗。CS2DVS相对于普通DVS策略能够减少5 %的系统功耗,而CS2DVS2P通过延长睡眠间隔时间而进一步减少了关断开销,从而能够获得了比CS2DVS多达18 %的功耗节省。
4、总结
实时嵌入式系统的DVS策略在仿真环境下往往能达到10 %～40 %的功耗节省。然而在实际应用中往往因为现实环境的复杂性和多样性而无法达到令人满意的功耗降低。我们看到多数理论都基于贪心算法,即从理论上满足任务时限的条件下最大可能地降低功耗。后续研究将把重点放在DVS策略与DPM策略相结合以及针对混合DVS策略研究的拓展。
我们认为从近些年实时DVS策略发展的角度来看,漏电流功耗对整个系统功耗影响的研究将占更大的比重,特别是在考虑漏电流与动态电流之间相互关系的研究上有望进一步深入。同时,在实际工程领域的应用也会是未来一段时间的研究重点。
此外,我们认为结合 VLSI 等相关芯片制造领域技术的发展,将DVS策略集成到芯片制造中也会成为未来DVS策略研究的一个重要方向。
本文关键字：嵌入式 嵌入式系统-技术，单片机-工控设备 - 嵌入式系统-技术
