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软实时嵌入式多核处理器系统的低功耗技术研究

2020-12-07阅读(651)

软实时嵌入式多核处理器系统的低功耗技术研究

论文摘要

高功耗、高发热量一直是计算机系统处理器设计的瓶颈问题。而嵌入式系统因其自身应用特点,对系统性能和功耗有更严格的要求。因此,低功耗技术研究对于嵌入式系统的研究和开发具有至关重要的影响。尤其近年,随多媒体技术广泛应用而带来的迅速增多的软实时系统特性需求,以及多核处理器技术的迅速发展都为低功耗问题的研究提供了一种新的有效途径。本文正是以低功耗的软实时嵌入式数字媒体系统的研制为基础,深入研究了适用于软实时多核嵌入式系统的低功耗算法的设计、实现和应用。文中首先给出了低功耗的软实时嵌入式数字媒体系统的总体架构、空间分布图和功能划分,并详细分析了各个子系统的组成框架及功能。然后,重点以该数字媒体系统中的嵌入式分布子服务器这个软实时的嵌入式多核处理器系统作为研究的应用对象,分别从其操作系统层和应用层进行低功耗技术的探讨。在操作系统层,考虑到现有VAPM算法虽然能够给出最优解但其研究环境过于理想化的特点,考虑各个处理器间通讯代价,提出了改进的用于解决VAP（Voltage Assignment with Probability）问题的静态低功耗算法（VAPSA,VoltageAssignment with ProbabilityStAttc）;受用（m,k）-firm约束解决低功耗问题的在线贪婪调度模型的启发,结合改进的静态低功耗算法,提出了解决VAP问题的在线实时调整电压的动态低功耗算法（VAPDY,Voltage Assignment with ProbabilityDYnamic）。理论分析和仿真实验表明,与现有低功耗算法相比较,改进的静态算法和提出的动态算法能够充分利用任务执行时间的不确定性,在保证系统实时性和任务完成率的前提下适时降低电压,有效降低系统的功耗。在应用层,结合如今视频信息等流媒体技术的广泛应用使得对非TCP流的发送速率进行控制以保证网络性能变得十分必要的现状,改进了现有的TCP Reno吞吐率模型,并应用改进的TCP Reno吞吐率模型,结合动态电压调整技术和现有的TCP友好算法,给出新提出的动态低功耗算法在软实时多媒体系统的应用方案—改进的低功耗TCP友好算法（LPTF,Low-Power TCP-Friendly algorithm）,以满足软实时嵌入式数字媒体系统对网络性能的要求,实现根据网络当前性能适时降低功耗的目的。实验分析表明改进的模型能够比较准确的预测网络当前的吞吐率,并且新提出的低功耗的TCP友好算法能够在保证网络传输的前提下有效降低系统功耗。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 选题背景及意义
  • 1.1.1 选题背景
  • 1.1.2 选题意义
  • 1.2 研究现状
  • 1.3 主要内容
  • 第二章 低功耗技术概述
  • 2.1 功耗原理及分类
  • 2.1.1 集成电路原理
  • 2.1.2 功耗分类
  • 2.2 不同层次的低功耗技术
  • 2.3 不同原理的低功耗算法
  • 2.3.1 基于操作的低功耗算法
  • 2.3.2 基于状态的低功耗算法
  • 2.3.3 基于性能的低功耗算法
  • 2.4 DVS分类
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 低功耗的软实时嵌入式数字媒体系统总体架构
  • 3.1 系统设计目标
  • 3.2 系统总体架构
  • 3.3 子系统功能介绍
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 软实时多处理器系统的低功耗算法
  • 4.1 问题综述
  • 4.1.1 系统模型
  • 4.1.2 能量模型
  • 4.1.3 问题描述
  • 4.1.4 问题实例
  • 4.2 相关定义
  • 4.2.1 数据结构及操作定义
  • 4.2.2 建表过程
  • 4.3 解决VAP问题的静态算法
  • M算法'>4.3.1 VAPM算法
  • OFF算法'>4.3.2 QGEMOFF算法
  • SA'>4.3.3 改进的优化算法: VAPSA
  • 4.3.4 算法分析
  • 4.3.5 实验分析
  • 4.4 解决VAP问题的动态算法
  • 4.4.1 （m，k）-firm在线贪婪调度模型
  • DY算法'>4.4.2 VAPDY算法
  • 4.4.3 算法分析
  • 4.4.4 实验分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 TCP拥塞控制中的低功耗技术
  • 5.1 TCP拥塞控制算法
  • 5.1.1 TCP拥塞控制参数
  • 5.1.2 典型TCP拥塞控制算法
  • 5.1.3 TCP拥塞控制的演变
  • 5.2 TCP友好拥塞控制
  • 5.2.1 TCP友好拥塞控制的提出背景
  • 5.2.2 TCP友好拥塞控制算法
  • 5.3 改进的TCP Reno吞吐率模型
  • 5.3.1 Padhye模型
  • 5.3.2 新模型的建立
  • 5.3.3 新模型的求解
  • 5.3.4 实验分析
  • 5.4 改进的TFRC算法: LPTF
  • 5.4.1 LPTF算法模型
  • 5.4.2 RTT的计算
  • 5.4.3 丢包率p的计算
  • 5.4.4 速率及电压调整策略
  • 5.4.5 实验分析
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 课题展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录
  • 攻读学位期间参与科研项目情况
  • 学位论文评阅及答辩情况表

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