嵌入式系统实时性能的寄生优化

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资源受限是嵌入式系统设计和实现过程中的根本约束,尽管硬件技术得到了突飞猛进的发展,由于成本和其它环境因素的限制,嵌入式系统的资源相对于目标环境日益复杂的功能要求却显得愈加匮乏.资源的限制使得许多嵌入式系统的初期实现往往不能满足设计的功能和/或性能规范要求,因此,如何解决资源受限条件下的实时性能优化问题成为当前嵌入式系统研究领域亟待解决的关键问题.许多嵌入式系统采用抢占式调度机制,这种调度机制严格约束优先执行高优先级的任务导致了系统资源利用率的降低和平均性能的下降.借鉴自然界中寄生的行为和方式,提出了面向嵌入式系统实时性能的寄生优化思想及其框架下的实现方法,通过寄生关系,目标嵌入式系统使用来自宿主桌面计算机系统的营养资源,利用系统论的思想,适当延迟高优先级任务的执行,克服了高优先级任务局部最优导致的系统整体性能下降的缺陷,换取了系统整体性能的提高.针对静态、动态、混合优先级调度的三种代表性算法RM(Rate monotonic)、EDF(Earliest deadlinefirst)、RM+EDF分别由事件驱动、定时器驱动的六种调度机制,建立了考虑开销、启动时间的周期性调度模型和在此基础上考虑高优先级任务负载分布的BS(Background service)和DS(Deferrable server)非周期性平均响应时间模型.基于这些周期性调度模型,在不修改任务源码的条件下,通过在目标嵌入式系统中利用来自宿主桌面计算机的营养资源调节周期性任务的启动时延改善系统的整体实时性能.以RM调度算法为例,比较了它的两种实现机制分别在优化前后的实时性能参数,验证了在不修改任务源代码的条件下,使用来自外部宿主计算机系统的营养资源能够使目标嵌入式系统达到实时性能最佳,这表明寄生优化思想及其框架下实现方法的有效性,它有效地解决了资源受限条件下的实时性能优化问题.这个问题的解决在很大程度上减少了代码级别上高代价的优化工作,缩短了嵌入式系统的开发周期,从而进一步拓展了嵌入式系统的应用领域.
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