[发明专利]一种面向多核实时系统的时间确定性方法

说明书

本发明提出了一种面向多核实时系统的时间确定性方法，其中包括运算资源管理模块、调度裁决模块、任务同步模块和专用核心模块。本发明结合目前通用的确定性技术，应用于实时系统中，使任务执行具备时间确定性、空间确定性和执行确定性。通过在同步阶段设置同步时间片的策略，一定程度上提升确定性技术效率。通过定义特殊数据结构，隐藏了直接与操作系统底层的交互，方便了各模块共享资源的维护工作。将调度管理的对象设为任务组，在确定性执行机制下对任务进行评估，划分优先级，令确定性技术可以更好地贴合实时系统特性。将CPU核心分为运算核心和专用核心两部分，采用不同方案，保障任务运行过程中的实时性。

技术领域

本发明应用于多核实时性操作系统环境下的保证任务执行具有时间上的确定性。

背景技术

如今片上多核处理器已成为主流计算平台，采用传统串行程序已经无法完全发挥其性能和优势，多任务并行编程成为能充分利用多核CPU特性的最重要的方式。相较于传统串行程序，并行程序下多个任务协同处理完成一项工作，势必将涉及到对共享资源的竞争，产生不确定性。确定性技术的面世解决了先前的这些难以解决的问题，能取得确定性的结果。当前主流的确定性技术，其核心思想是通过指定任务的同步点，在同步点之上完成串并行切换，执行同步工作，从而确保程序的确定性。

目前，确定性技术使用在非实时系统上可以取得很好的效果，然而没有对实时系统的特性进行研究使得这些确定性技术无法应用于实时系统。在多核实时系统的设计中，时间确定性是实时系统上满足确定性的一项基本要求，是指每种处理的开始时刻或者处理结果的提交时刻必须满足响应的时间要求，即在给定的时间内确实启动并完成相应的任务，各个不同任务之间必须按照确定的时间顺序进行。缺少时间层面的确定性对于实时系统来说是不完整的。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种面向多核实时系统的时间确定性方法。

本发明提出一种面向多核实时系统的时间确定性方法，所述系统包括运算资源管理模块，调度裁决模块，任务同步模块，专用核心模块。

优选地，运算资源管理模块用于确定全局运算资源的实时状态，并对各资源进行规划和监控；

优选地，调度裁决模块用于对新增任务实时性进行判断，制定并裁决出可行的调度方案，为任务在规定时间内得到响应且结果具备确定性提供保障；

优选地，任务同步模块用于并行的程序进入串行同步状态时的管理和计算，使真正需要进入同步阶段的任务更好的完成调度；

优选地，专用核心模块用于对时间要求极为苛刻的任务或诸如同步的特殊任务，提供专门的运算核心和资源策略，保障其处理的完成。

所述运算资源管理模块包括任务-资源映射器、运算资源分配模块，该模块所述运算资源包括运算核心、来自系统和任务间的信号量、互斥锁、条件变量、共享内存；

任务-资源映射器，用于记录当前运算资源和任务之间的归属关系，通过定义特殊的数据结构，实现对运行资源重组织，使资源可以快速维护；

运算资源分配模块，用于针对运行的任务依据划分策略来划分核心、令牌策略来调度和记录相应资源；

所述划分策略是指系统核心依据当前任务队列对系统持有的具有管理权限的运算核心实施划分运行模式的策略。具体做法可根据如下表述：设系统持有可支配核心数为C，将系统中绝大多数(M个)的运算核心划分为高优先级核心，(C-M-1)个核心作为低优先级核心。高优先级核心上运行系统高优先级的任务，低优先级核心运行其余的任务，高优先级核心上任务数大于C时，按照轮转法调度，任务数小于C时，闲置核心可以临时充当低优先级核心。低优先级核心按照抢占式调度；

所述令牌策略是指资源运行过程中由任务经过调度裁决模块的授权获取令牌后，在优先级保证下持有资源。