[发明专利]一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法

说明书

本发明提供了一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法，属于实时系统技术领域。本发明提出一种基于概率性最坏情况执行时间整形的概率性实时任务调度方案，以达到适当隔离概率性实时任务之间的影响并降低系统可调度性分析计算复杂度的目标。本发明对概率性实时任务的pWCET进行整形并基于整形后的pWCET进行执行预算分配，在满足各个任务的概率性实时需求的同时，可以适当隔离概率性实时任务之间的影响，使整个任务集合的可调度性显著提高。此外，整形后的pWCET的值数比原有的pWCET明显降低，能够降低可调度性分析的计算复杂度，显著提高效率。

技术领域

本发明属于实时系统技术领域，尤其涉及一种基于概率性最坏情况执行时间(probabilistic Worst Case Execution Time，简称pWCET)整形的概率性实时任务调度方法。

背景技术

随着芯片技术的飞速发展，高性能微处理器越来越广泛地应用于安全关键领域(如航空电子、汽车、工业控制等)，以满足安全关键领域中急剧增长的计算密集型负载的需求。虽然高性能微处理器可以降低任务的平均执行时间，但由于处理器架构的复杂性，导致某些任务的最坏情况执行时间(Worst Case Execution Time，简称WCET)较大，因此需要较高的超量配置(Over-provisioning)来满足系统的实时性需求。为了缓解超量配置问题，提高资源的利用率，同时满足实时性需要，可以利用概率的方法来解决WCET的不确定性问题。此外，安全关键系统倾向于在共享平台上集成多个拥有不同安全性要求的功能，而安全性需求通常基于故障概率进行认证。例如，在民用航空电子标准DO-178C中，根据每小时运行的故障率确定了五个安全等级。对于最高完整性级别的商用机载系统，认证机构要求系统组件每小时的最大允许故障率为10^-9。因此，为以概率形式描述WCET的概率性实时系统提供安全高效的调度策略至关重要，从而在满足系统的概率性实时需求的同时实现资源的高效利用。

对于拥有确定性WCET的周期性实时任务的固定优先级调度问题，Liu和Layland对速率单调(Rate Monotonic，简称RM)调度算法的最优性进行了分析。近年来，Maxim等人针对单处理器平台研究了拥有概率性WCET的实时任务的固定优先级分配问题，提出了基于Audsley算法的优先级分配方法。Audsley算法对于确定性WCET的实时任务来说是最优的固定优先级分配方法，但是对于拥有概率性WCET的实时任务来说，由于它没有考虑任务之间隔离性和任务的概率性实时需求，系统的资源利用率无法得到保证。

先前的解决方案主要存在两方面的缺陷。首先，它们不能保证概率性实时任务之间的适当隔离。由于高优先级任务对低优先级任务的干扰，考虑到任务的概率性实时需求时，整个系统的可调度性会明显降低。第二，在可调度性分析中，直接使用了任务的概率性最坏情况执行时间(probabilistic Worst Case Execution Time，简称pWCET)估计中的所有值。但是，概率性实时系统的响应时间分析的复杂度相对于任务数和pWCET估计的值数呈指数关系，而实际应用中pWCET估计可能涉及几千个值，这使得可调度性分析的计算复杂度非常高。

鉴于上述已有研究方案的不足，本发明通过基于pWCET整形的执行预算分配来减少概率实时系统异常作业时间性行为的传播，提出一种可以克服上述问题的概率实时任务调度的pWCET整形方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于概率性最坏情况执行时间整形的概率性实时任务调度方案，以达到适当隔离概率性实时任务之间的影响并降低系统可调度性分析计算复杂度的目标。

本发明的技术方案：

一种基于pWCET整形的概率性实时任务调度方法，步骤如下：

步骤1、分配任务优先级

采用RM固定优先级分配方法，把任务集合中的任务按照任务周期从小到大的顺序排列，周期越小，任务优先级越高；