[发明专利]一种物联网计算任务调度系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网领域，特别涉及一种物联网计算任务调度系统及其方法

背景技术

近年来，物联网技术迅速发展，在重大事故监测，环境监测与保护，智能交通，智能电网，智慧医疗等领域得到广泛应用。物联网应用中存在一类计算复杂度高，且要求实时性的应用，例如智能交通领域的车辆识别与流量统计，若采用视频传感器节点，需要在节点中运行计算复杂度很高的图像压缩/解压、模式识别等算法。为了保证系统实时性，这些复杂算法通常需要运行在专用的高速协处理器中。因此，针对这类应用，一般采用双核架构。协处理器模块中主要运行计算复杂度高且有实时性要求的算法，通常采用FPGA或者DSP实现，功耗较高执行速度快；而主处理器模块作为控制器运行一些简单的算法和协议，通常采用低功耗CPU实现，功耗很低但执行速度较慢。协处理器模块与主处理器模块通过高速总线相连，高速总线可以是串行总线（如SPI），也可以是并行总线（如HPI）。

由于协处理器模块的休眠功耗比较高，当其算法长时间得不到运行时，则会浪费许多能量，降低节点能效比。例如，用于智能交通中车辆识别与流量监控的物联网视频节点，在早晚高峰期间，车流量较大，需要频繁执行模式识别算法来识别与统计车辆，此时采用协处理器模块执行效率较高；而在夜间车流量较少时，效率会大大降低。针对上述协处理器模块长期得不到运行时休眠功耗过高的问题，目前除了选择休眠功耗较低的协处理器模块之外，还没有较好的解决方案。

协处理器模块具有三种状态：运行态，休眠态和关闭态。当协处理器执行计算任务时，处于运行态；当其无计算任务运行时，处于休眠态，休眠态时协处理器依然会消耗少量能量；当断开其电源时，处于关闭态，处于关闭态的协处理器不消耗能量。协处理器可以以很低的代价从休眠态迅速切换到运行态；而若要从关闭态切换到休眠态或运行态，则协处理器需配置自身程序，将耗费较多时间和能量。主处理器模块启动之后一般只有两种状态：运行态和休眠态；且主处理器的休眠功耗通常非常低，且从休眠态切换到运行态代价很低。

本发明所提计算任务调度算法是利用协处理器关闭态时不需要消耗能量而主处理器从休眠态切换到运行态代价很低的特点，将触发频率很低的计算任务切换至主处理器中执行，以减少协处理器处于休眠态的时间和从关闭态切换到运行态的次数，继而降低节点的整体功耗。

发明内容

本发明的目的是：利用协处理器关闭态时不需要消耗能量而主处理器从休眠态切换到运行态代价很低的特点，将触发频率很低的计算任务切换至主处理器中执行，以减少协处理器处于休眠态的时间和从关闭态切换到运行态的次数，继而降低节点的整体功耗。

为实现上述目的，本发明提出了一种物联网计算任务调度系统，包括：

启动模块，用于启动节点，主处理器模块执行前多个任务并统计所述前多个任务执行一次的执行时间及任务触发情况；

任务触发频率预测模块，用于根据所述任务触发情况预测未来一段时间的任务触发频率；

任务参数测量模块，用于根据所述前多个任务测量得到任务切换算法模块所需要的多个参数；

任务切换算法模块，用于根据所述任务触发频率及所述多个参数，评估下一个计算任务的最佳执行方式是硬件任务还是软件任务；

协处理器模块，用于执行所述硬件任务；

主处理器模块，用于执行所述软件任务；

进一步的，所述任务触发频率预测模块包括：

短时预测模块，用于在所述协处理器模块处于休眠态时，根据当前任务触发时间与前一任务触发时间差计算得到任务调度的任务触发频率；

长时预测模块，采用在所述协处理器模块处于关闭态时，在实施预测算法前预设一个时间初始值用于估计触发频率的阀值，根据所述阀值和所述短时预测模块的时间差迭代调整时间初始值，然后通过计算得到任务调度的任务触发频率。

进一步的，所述任务切换算法模块包括：

硬件任务切换模块，用于当预测的任务触发频率导致所述协处理器模块长期无法通过所述硬件任务实时完成时，将所述计算任务切换成所述软件任务由所述主处理器模块执行，同时关闭所述协处理器模块；

软件任务切换模块，用于当预测的任务触发频率导致所述主处理器模块无法通过所述软件任务实时完成时，开启所述协处理器模块，将所述计算任务切换成所述硬件任务并由所述协处理器模块执行；

选择任务切换模块，用于当所述主处理器模块和协处理器模块都可以完成计算任务时，选择执行计算任务功耗低的最佳执行任务方式。

其中在所述选择任务切换模块中：