一种多核处理器中混合关键级任务半分区调度算法

目前用于混合关键级系统的任务调度算法存在资源分配不合理、中低关键级任务的运行受限等情况,造成系统整体服务质量被降低.本文提出了有效改进系统服务质量的半分区调度算法,该调度算法将用于多核处理器的空闲资源回收计算,能够在触发了高关键级模式的情况下,为被抛弃的低关键级任务分配空闲时间片.此外,该算法还可以利用系统中的空闲时间片推迟系统关键等级的提升,并提出系统关键等级平稳回落策略,两者可以确保系统关键等级不会过于频繁变化.最后,通过算法仿真和实验证明了本文所提方法在混合关键级任务调度问题上的有效性和优越性.

多核处理器中混合关键级任务可调度及半分区划分算法

当前,多数多处理机中混合关键级任务可调度性分析以及半分区调度算法均针对单核利用率展开研究。但由于多核系统任务调度复杂性较高,现有研究结果存在各处理器负载不均衡以及任务可调度性不理想等问题。针对该问题,文中将动态需求边界函数(Dynamic Demand Boundary Function,DDBF)的应用范围扩展至多核处理器系统。根据半分区划分调度算法对DDBF改进,并加入了结转作业和前接作业分析提出了SDDBF(Super Dynamic Demand Boundary Function),可更精确地计算与利用资源。文中基于SDDBF提出了SDA(Stepper Dispatch Algorithm)可调度性分析法与半分区划分算法MCWF(Mixed-Criticality Worist First)。仿真结果表明,相较于AMC(Adaptive Mixed Criticality)、AMC-max以及XU算法,SDA可调度性分析判定提升了5%~10%,相较于WF_MY(Worst First_My)、WF_NEW(Worst First_New)算法,MCWF可使系统在任意关键等级下的CPU(Central Processing Unit)负载具有更良好的均衡性能。

多核处理器共享Cache的划分算法

针对多核处理器性能优化问题,文中深入研究多核处理器上共享Cache的管理策略,提出了基于缓存时间公平性与吞吐率的共享Cache划分算法MT-FTP(Memory Time based Fair and Throughput Partitioning)。以公平性和吞吐率两个评价性指标建立数学模型,并分析了算法的划分流程。仿真实验结果表明,MT-FTP算法在系统吞吐率方面表现较好,其平均IPC(Instructions Per Cycles)值比UCP(Use Case Point)算法高1.3%,比LRU(Least Recently Used)算法高11.6%。MT-FTP算法对应的系统平均公平性比LRU算法的系统平均公平性高17%,比UCP算法的平均公平性高16.5%。该算法实现了共享Cache划分公平性并兼顾了系统的吞吐率。

基于概率性分析的混合关键级系统节能调度算法

针对混合关键级系统中的固定优先级任务节能问题,文中提出了基于概率性分析的混合关键级系统节能调度算法。混合关键级系统的实时性要求使得系统建模和分析偏向于较坏的情况。该类系统中出现任务超限的情况相对较少,易存在资源配置过度问题。通过DVFS(Dynamic Voltage Frequency Scaling)技术和混合关键级系统调度算法相结合的方式挖掘空闲时间,从而在保证系统实时性的前提下降低系统的能耗。利用MCSIMU仿真软件对所提算法进行了仿真验证,实验结果表明,对于固定优先级任务与未使用节能调度算法相比,固定优先级节能调度算法的节能率可达45%。

嵌入式多核系统中的实时混合任务调度算法

针对由周期任务和零星任务形成的实时混合任务集进行合理调度问题,文中提出了一种基于零松弛度边界公平(Boundary Fair until Zero Laxity,BFZL)的实时混合任务算法。该算法在改进边界公平(Improved Boundary Fair,I-BF)实时混合任务算法基础上,通过引入最小松弛度优先(Least Laxity First,LLF)算法中的松弛度参数来改进判定任务的优先级,并提出基于松弛度与启发式策略相结合的启发式算法改进任务的分配策略。实验结果表明,BFZL算法能够满足系统实时性,并达到了算法优化目的。通过数据对比分析可知,该算法相比于原始算法,零星任务的平均响应时间降低了约26%,上下文切换减少了约28%,迁移减少了约50%。该算法在调度开销方面也具有一定优势。

基于灰色预测容错时钟同步算法

针对分布式实时系统中无主式时钟同步存在时钟拜占庭故障和节点通信链路丢失故障的问题,文中提出一种基于灰色预测容错时钟同步算法。该算法基于广播式通信网络LL模型,使用GM(1,1)的灰色预测方法对前轮次的校正偏差值进行分析,从而预测出该节点在故障伦次中的校正偏差值,再通过计算得到修正值。实验结果表明,文中提出的灰色预测算法能够容忍拜占庭故障,同时可克服节点通信链路丢失故障带来的问题,提升了FTA算法的普适性。通过数据对比分析结果表明,该算法的时钟同步精密度相比于原始算法提高了24.3%;相较于其他算法,文中算法在复杂度上也有一定的优势。

基于启发式算法降低比例公平调度开销策略

在多处理器系统中已经证明了比例公平(proportion fair,Pfair)算法是调度周期任务最优的全局调度算法。然而在该算法的最坏执行情况下,任务在每个调度时刻均产生切换或迁移,导致系统开销过大。针对这一问题,对Pfair算法进行深入研究后发现,任务的分配过程是一个重要原因。基于此,提出基于启发式算法的模拟退火比例公平(simulated annealing-proportion fair,SA-Pfair)调度算法,即在Pfair算法做出调度决策后,用启发式算法将任务分配给处理器,以弥补原算法的不足。最后,采用LITMUS-RT平台对SA-Pfair算法和以此为基础设计的调度器进行仿真。结果表明,新算法在一定程度上减少了任务的切换次数以及50%以上的任务迁移总量,且能够有效地降低调度过程中的系统开销。

基于MrsP协议的任务划分优化算法

多处理器实时系统中,调度和资源共享是核心问题,与之相对应的调度算法和共享资源访问协议将直接影响系统的性能,这就要求调度算法和资源访问协议在保证实时性的基础上尽量发挥硬件平台的计算能力。然而,现有的调度算法多假设任务相互独立,没有考虑任务之间的资源共享,共享资源访问协议也多侧重于规则和最坏响应时间分析。对此,将P-RM算法和MrsP协议相结合,得出了多处理器实时系统的整体可调度性条件。文中根据MrsP协议的特性,提出了一种减小阻塞时间的任务划分算法,通过改进任务利用率的计算方式解决了关键区重复计算的问题,与之前的任务划分算法相比,也解决了关键区重复计算以及任务分类后拆分再分配的问题。实验表明,该算法所需要的处理器数目减少了15%~20%。

RTEthernet中改进的FTA时钟同步算法研究

针对以太网存在节点时钟漂移、网络链路延迟、同步能力差等问题,文中基于RTEthernet协议的通信原理,构建了时钟同步系统的模型。文中研究了RTEthernet的组成、工作原理,考虑了影响实时以太网时钟同步精密度的三大因素:漂移率、网络传输延迟和时钟拜占庭故障,并基于此分析了原始的FTA时钟同步算法,发现它在拜占庭故障增多的情况下容错性能明显降低,进而引入“容错中值”的思想进行改进并提出了RTE-FTM算法。通过CANoe仿真平台,对系统(7个节点)中存在2个拜占庭故障与不存在拜占庭故障进行对比分析。结果表明系统的精密度损失率降低了3.1%,并由此验证了该算法的收敛性和有效性。

最早截止期优先算法在CAN FD网络中的改进

针对应用于CAN FD网络中的调度算法,平均分区编码方式的最早截止期算法对报文进行非抢占调度时,其对大范围的截止期编码能力有限,报文易出现较大概率优先级反转以及总线负载较高等问题。通过分析造成报文传递延迟的各种原因并结合之前相关分区调度算法的不足,文中提出了基于指数–幂函数分区的最早截止期优先算法对报文进行调度的改进方式,即在对报文的截止期进行指数分区的基础上,进一步采用幂函数分区细分。文中对该算法的可调度性进行了分析,并使用CANoe进行了仿真验证。实验表明,与现有的平均分区调度算法相比,改进后的算法扩大了截止期的表示范围,降低了总线负载,优化了优先级反转问题,达到了更好的调度效果。

噪声环境中采用探询机制的局域网性能分析

轮叫探询机制己被应用于实时控制网络。本文根据发布/预定接收型通信模型,针对噪声环境,建立了该机制的令牌传送状态机,探讨了在集簇噪声影响下令牌传送的详细过程,并推导出轮叫探询机制的平均令牌传送时间和平均令牌循环时间,通过它们的解析表达式分析了噪声对网络性能的影响。

现场总线与电厂综合自动化系统集成技术

现场总线技术已成为自动化领域研究的热点 ,FCS取代 DCS是控制系统发展的必然趋势。根据现有现场总线标准 ,探讨了电厂综合自动化系统的层次结构 ,讨论了综合自动化系统的集成问题。图 1参

FlexRay总线静态段的负载率优化研究

为了避免传输消息长度悬殊较大时造成带宽的严重浪费和降低FlexRay总线的负载,本文中对消息传输规则进行了研究。提出了将较长静态消息分割后继续在静态段传输的方法,研究了总线负载率与消息长度和帧ID数目之间的关系以及负载率的优化方法。实验结果表明,所提出的方法可有效地降低总线负载率。

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现场总线作为用于工业现场的局域网 ,其运行基础是智能现场总线仪表。本文根据基金会现场总线的基本特点 。

一种可用于现场总线的连接管理方法及其证明

提出了一种适合于基金会现场总线中客户/服务器型通信的连接管理方法,该方法既扩展应用了现场总线系统的同步应用时钟,又使客户/服务器型通信关系的连接管理具有以下的特点：a. 没有用于连接建立和释放的专用报文, b. 不需要用于建立连接的等待时间, c. 现场设备发生故障后,能快速恢复通信.

在确保共同基础的前提下发展自己的专业特色

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从MAC角度分析现场总线标准的多样化

不同媒体访问控制MAC协议直接导致了现场总线标准的多样化,这对现场总线的理解和应用造成了困难。具体分析了现场总线网络的特殊性,描述了目前使用的各种MAC协议及其优缺点,其中包括面向连接的协议、探询协议、TDMA、令牌环、令牌总线、虚拟令牌传递、隐性令牌传递、CSMA/CD、CSMA/CA和集总帧,进而揭示了这些MAC协议与现场总线标准之间的关系,有助于科研人员和用户选择适合需要的现场总线标准。

发布式数据传输机制中隐含地址形式的分析

基金会现场总线在其发布式数据传输机制中使用了隐含地址方式 ,本文将冗余地址方式引入该机制 ,从执行时间和抖动两个方面分析冗余引入前后网络的通信效果。结果显示 :隐含地址方式的效率在一定程度上高于冗余地址方式 ,但不确定性较高 ,且需要使用较多的本地定时器。

FF中强制数据令牌的发送时间间隔限制

FF中使用发布式数据传输机制支持其发布 /预订接收型通信关系。根据发布式传输机制的特点 ,分析了网络带宽和时钟精度与令牌发布的时间间隔之间的关系 ,给出了H1、H2总线中时间间隔的理论上限和理论下限。