[发明专利]一种功耗优先的嵌入式处理器实时任务分配方法

说明书

本发明提出了一种功耗优先的嵌入式处理器实时任务分配方法，通过确定嵌入式处理器各工作频率段与功耗之间对应的关系，进而提出一种既满足功耗优先又满足实时性要求的任务分配方法。该方法先通过一个测试任务计算其在处理器某个频率段的工作时间，然后通过嵌入式处理各频率段的频率比值换算出上述工作任务在所有频率段的工作时间，进而计算出测试任务在每一个频率段上工作的功耗开销，确定工作频率与功耗的对应关系。最后找出执行任务的最佳功耗频率段，对应用的计算任务进行分配。该方法操作简单，实用性强。可广泛适用于各种嵌入式系统软件的开发。

技术领域

本发明属于嵌入式处理器功耗管理领域，特别是涉及到可以工作在多个频率段的嵌入式处理器的功耗管理课题。

背景技术

嵌入式设备的各种硬件中，中央处理器(CPU，Central Processing Unit)是耗电的主要部件之一,例如，在拥有四核CPU的三星Galaxy S3智能手机中，CPU的功率高达2845mW，是屏幕最大功率2.43倍，也是3G接口的最大功率的2.5倍。CPU功耗管理是嵌入式设备功耗优化的主要任务。

当前众多关于嵌入式设备CPU功耗优化的方法大多在内核级别做任务调度策略的优化:如Sangwook Kim等科研人员提出了一种事件处理为导向的实时高响应度CPU调度方法，Jong-Moon Chung等科研人员提出了一种响应时间步长控制策略(RSC)用于改善传统动态电压调频(DVFS)响应缓慢的问题；公开专利CN105740075A，公开了一种内核层级的CPU调度策略，设置了多个升频降频阈值，分多个梯度来调节CPU频率。公开专利CN107506244A提出了一种结合网络服务器给移动端软件做任务调度的方法。以上内核级别的优化调度算法可以很精确的控制处理器的频率变化，优化处理器的性能与功耗。但是当处理周期性的高计算复杂度的任务时，上述的内核调度算法会频繁唤醒CPU，在高频率段完成该任务，功耗开销也相应增大。针对该问题，根据嵌入式处理器的芯片特性，计算单位工作量的工作频率与功耗的对应关系表，提出一种多任务分配方法，把大任务分配为子任务执行，减少任务连续占用CPU的时间，从而使CPU在任务周期内既实现了低功耗又满足了任务的实时性要求。

发明内容

本发明的目的在于，通过计算实时周期性任务复杂度、工作频率与功耗之间的对应关系，提出了一种优化嵌入式处理器计算任务分配方法，在任务周期内实现频率和功耗的最佳平衡。

本发明的技术方法如下：

一种功耗优先的嵌入式处理器实时任务分配方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、获取频率段、电流和电压参数：获取CPU在不同频率段f_j(j＝1,2…N，N为CPU支持的频率段。本说明书所有的j均表示相同含义。)的工作电流I_j与电源的额定电压U。

步骤2、计算单一任务在CPU最高频率段的运行时间：通过给定合适的单线程计算任务，测量该任务在CPU最高频率f_H的运行时间t_H。

步骤3、计算单一任务在CPU所有频率段的运行时间：通过频率之间的比例换算出该任务在所有频率段的运行时间t_j；

步骤4、计算工作频率与功耗关系表：根据功耗公式：

Q＝UI_jt_j (一)

计算出处理器在不同频率段完成同一工作任务的功耗。不同工作频率完成单一任务的功耗特征在于：随着工作频率越大，功耗越大的趋势，局部可能会出现若干功耗极小值点。

上述计算工作频率与功耗关系的方法，步骤2中，一定时间理论上可以是任意能够被采集到的CPU工作时间，可以任意选择计算任务，CPU不同工作频率的比例换算是一致的，频率与功耗的变化趋势与计算任务无关。