[发明专利]一种优化混合关键实时系统使用寿命的任务调度方法

说明书

本发明公开了一种优化混合关键实时系统使用寿命的任务调度方法，本发明旨在延长混合关键性系统的设备寿命，考虑瞬时、永久两种错误并且采取容错方案来满足安全需求。本发明提出一种两阶段解决方案：首先利用动态电压频率调整技术为每个任务确定运行频率，确保热循环对设备寿命的损害最小；然后利用重执行技术，在可调度性和可靠性约束下对设备寿命进行分析，得到一个多目标非线性规划问题，计算得解。仿真实验结果表明，与其他四种基准实验相比，本发明提出的方法在保证系统可调度与可靠性的前提下，能使得系统寿命最多延长47%。

技术领域

本发明涉及实时系统与混合关键性系统，尤其涉及容错调度，通过权衡可靠性和系统可调度性，在系统不可以修复永久性故障的情况下，利用DVFS技术设计一套自适应的调度方案，具体地说是一种优化混合关键性系统使用寿命的任务调度方法。

背景技术

在现代嵌入式实时系统中，由于集成技术的发展，越来越多的嵌入式实时系统考虑在一个单一的共享计算平台上集成多个功能。由于原本隔离运行的不同关键性级别的应用程序如今共享处理器，所以这种通用计算平台不但需要考虑功能之间的协作，更需要考虑系统关键性的混合，混合关键性系统应运而生。

在汽车与航天等领域，有关键性任务的存在的混合关键性系统是很昂贵的，所以设备使用寿命是值得研究的课题。另外，一些混合关键性系统包含了安全关键性任务(如嵌入式人体医疗设备等)，显然这些系统不适合频繁地更换，即对系统的设备使用寿命也有很高的要求。因此，如何优化这些系统的使用寿命具有很高的研究价值和重大的现实意义。

在保证使用寿命最大化的基础上，如何保证系统的安全需求(高可靠性)也是学术界和工业界关注的焦点。系统可靠性是指在可能产生故障的情况下，系统能够正确运行的概率，它会随着故障率的升高而降低，系统性能会变得越来越差。计算机系统常见的系统级别故障可以分为两类：瞬时故障和永久故障。当故障发生后，如果通过一定延时，故障点能够消失，则称这类故障是瞬时性故障。如果故障不能自动消失，延时之后故障点仍然存在，则称这类故障是永久性故障。已经有很多模型与方法来降低瞬时故障率，因为提升系统的运行电压/频率会导致瞬时故障率减少，所以通常利用动态电压频率调整技术来调节瞬时故障率，并且采用重执行技术来容忍瞬时故障。然而，动态电压频率调整技术会带来一些问题，比如它产生的热损耗影响。研究表明，系统的温度会随着系统运行电压/频率的提高而升高，进而导致老化加速，永久故障率增高。所以，系统应当降低运行电压/频率来减少永久故障的发生。

但是，过低的运行电压/频率会导致处理器能力不足，任务错过自身的截止时间，违背了系统的实时性。并且，系统运行电压/频率过低还会引起瞬时错误率增加，威胁系统设备使用寿命。因此，如何在混合关键性系统中合理地进行系统配置(分配运行电压/频率)，在保证高可靠性和可调度性的前提下，使得设备的使用寿命最长具有很高的研究价值和重大的现实意义。

发明内容

本发明提出了一种满足可靠性与可调度性约束下，能优化设备使用寿命的调度策略。使用DVFS技术来降低热循环效应对设备寿命的损害，然后利用重执行技术在确保可靠性与可调度性的前提下，进一步减小任务执行带给设备寿命的损害。

本发明的目的是这样实现的：

一种优化混合关键实时系统使用寿命的任务调度方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：处理器模型、任务集模型、功耗模型与温度模型的建立；

步骤2：任务集预处理，计算系统约束；

步骤3：确定任务工作频率以消除热效应影响；

步骤4：构建混合整数线性规划(MILP)问题，确定任务重执行次数；

步骤5：根据步骤2、3与4的结果对任务进行分配调度；

步骤6：任务集执行完毕。

所述步骤1具体包括：