文档介绍：博士学位论又中国科学技术大学化问题研究嵌入式系统中能量与时空性能优作者姓名:学科专业:导师姓名:完成时间:田万勇计算机应用技术陈恩红教授李闽溟博士薛春博士二。一二年五月
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嵌尖式系统中能量与时六工性能优化问题研究中国科学技术犬学计算机科学与技术系田万勇
缌口保密——年签字日期:筮￡骸吖公开中国科学技术大学学位论文原创性声明中国科学技术大学学位论文授权使用声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名:作为申请学位的条件之一,学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。导师签名:
一流处理系统摘要统中使用一种新型存储器一相变随机存储器由于很多嵌入式系统是主要由电池提供能量,存储器的容量有限,且有实时性要求,因此,设计有效算法以优化能耗、空间及时问性能对嵌入式系统至关重要。对以上几个因素的优化可以显著提高系统性能。在这篇论文中,我们将探讨对化以上这几个因素的新技术和方法。特别地,对于能耗最优化问题,我们提出两种方法。第一种是基于在领域内被广泛研究的任务调度方法。我们从理论分析的角度研究了单处理器系统上任务调度的一种特殊情形,目标是优化处理器上消耗的能量。另一种减小能耗的方法是通过在系,S氪车拇娲⑵骷际醵婊娲⑵,啾龋琍挠诺闶怯乓斓哪芎奶匦裕钡闶切操作次数有限。我们利用与组成混合存储器,在此存储器上研究了任务分配问题,目标是优化能耗和减少上的写次数以延长存储器寿命。为了优化存储器的时间和空间性能,我们研究了一种特别的嵌入式系统8孟低吃诙嗝教逵肟蒲Ъ扑阒械到广泛应用。其中,流寄存器文件,是系统中的关键资源。目占溆胧荽涫奔涫怯跋煜低承阅艿牧礁鲋匾R蛩亍T谡馄论文中,我们利用循环变换技术优化这两个因素以提高系统性能。本文主要关注嵌入式系统设计中的以下几个热点问题:萌挝竦鞫的方法优化处理器的能耗;没旌洗娲⑵魃系娜挝穹峙涞姆椒ㄓ呕娲器的能耗、空间以及延长存储器的寿命;醚繁浠坏姆椒ㄓ呕娲⑵的时间与空间性能。现将本文研究的这几个问题以及所做的工作列举如下:芎奈侍庖殉晌G度胧较低成杓浦锌悸堑闹饕R蛩亍T谙低车闹诙嗌璞中,处理器通常消耗最多能量。在本文中,我们利用任务调度技术来优化处理器所消耗的能量。在该问题中,每个任务具有两个属性:凡≥个活跃时
因素。在本文中,我们研究了一种特别的嵌入式系统一流处理系统间区间和一个工作量。任务可以在龌钤臼奔淝淠诒淮恚G笤谒惺间区间内所作的工作量之和达到给定的工作量。任务遵循可抢占式的调度策略。处理器的处理速度可以为任意值,且能够在两个不同速度间进行瞬时切换。在以前人们研究的多区间任务调度问题中,每个任务必须在其中某一个区间内完成给定的工作量。若在该区间结束时未能完成,则之前所作的工作被视为无效,需要在以后的某个区间中重新开始做。本文中,我们研究的问题与之前人们研究的有所不同:任务不必在其中一个时间区间内完成,只要在其所有时间区间内所作的工作量之和达到给定的工作量要求即可视为任务完成。目标是找到一个可行的调度方案以最小化处理器的能耗。我们所作的工作是:提出了一个多项式时间算法,并证明了算法的最优性。砥魍猓娲⑵饕彩乔度胧较低持幸桓鲋匾5暮哪艿ピ!6源耍文提出了优化存储器能耗的方案。我们考虑由与组成的混合存储器中的任务分配问题。由于具有极低的泄漏功率故与传统存储器相比,功耗更低。但的缺点是写操作次数有限且延迟较大。所研究的问题包含以下目标:减小能耗,减少上的写操作次数以延长寿命,以及减少\,目占湫枨蟆6源耍颐翘岢隽肆种解决方法:一种为整形线性规划,该方法可以得到问题的最优解,但通常比较耗时。另一种方法为多项式时间复杂度的启发式算法。实验结果显示,与可以得到最优解的椒ㄏ啾龋岢龅钠舴式算法能得到近似最优解,但所需时间可以忽略不计。捎诤芏嗲度胧较低惩ǔ>哂惺凳毙砸G螅掖娲⑵鞯娜萘坑邢蓿在嵌入式系统设计中,时间与空间性能是除能耗以外的两个需要考虑的重要孟低辰昀幢还惴河τ糜诙嗝教逵肟蒲Ъ扑愕攘煊颉F中,流寄存器文件,是系统中的关键资源,这是因为所有数据需要置于胁拍鼙淮怼是一种非旁路的由软件控制甿钠—娲⑵鳌Mǔ#淙萘坑限,且与主存之间的带宽较小。因此,将程序由主存载入兄葱惺保目占湫枨笠约笆荽涫奔涑闪擞跋煜低承阅艿牧