一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，包括如下步驟：建立實時任務(wù)集合，計算任務(wù)依賴關(guān)系序列，建立以完成時限要求排序的任務(wù)序列，處理起始調(diào)度任務(wù)，建立調(diào)度序列。本發(fā)明的技術(shù)方案適用于多核嵌入式系統(tǒng)任務(wù)實時調(diào)度，充分利用了多核處理器的多個處理器核，既加快了多核嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)的處理速度，又保證了實時任務(wù)的實時性。
【專利說明】一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多核嵌入式系統(tǒng)任務(wù)資源調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，VLSI (Very Large-Scale Integrated,超大規(guī)模集成電路)的集成密度在大幅度增加。單一芯片上的集成度不斷提高，使得SoC(System onChip，片上系統(tǒng))技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。SoC技術(shù)是將一個系統(tǒng)的全部功能模塊集成到單一的芯片上，從而實現(xiàn)在單個芯片上集成完備的系統(tǒng)功能，其處理器核也簡稱為核。
[0003]集成在SoC芯片上的通常是IP (Intellectual Property,知識產(chǎn)權(quán))核。這些可重用的IP核包括嵌入式處理器，、存儲模塊、接口模塊和面向應(yīng)用定制的處理構(gòu)件。在SoC上集成的IP核可以分為三類:軟核(Soft IP),是指使用RTL(Register Transfer Level,寄存器傳送級別)或者更高級別進(jìn)行描述的IP核；硬核(Hard IP)，是指具有固定的層結(jié)構(gòu)，并且針對特定過程中的特定應(yīng)用進(jìn)行了定制的優(yōu)化過的IP核；固化核(Firm IP)是指已經(jīng)做了描述但是提供了參數(shù)供設(shè)計人員進(jìn)行應(yīng)用定制的IP核。
[0004]SoC不僅集成的晶體管數(shù)量多，而且由于集成了不同種類的功能和技術(shù)，并且由于軟硬件的協(xié)同工作，使得SoC具有復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)和邏輯接口。SoC的高集成度也使得SoC的功能極為豐富，提高了對片上面積的有效利用，縮短了片上連線的長度，從而提高了整個系統(tǒng)的性能。
[0005]多核嵌入式系統(tǒng)(MPSoC)是對SoC技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，是指具有多個嵌入式指令集處理器的SoC。MPSoC結(jié)合SoC技術(shù)與多核技術(shù)的特點。多核技術(shù)是指在一個芯片上集成多核處理器核，以提高處理器的處理能力；如果芯片上所集成的多個處理器核相同，核問地位相同，則稱為同構(gòu)多核處理器；如果芯片上所集成的處理器核不同，有主處理器和協(xié)處理器之分，則稱為異構(gòu)多核處理器。MPSoC片上既有多核處理器核，又集成了不同種類的軟硬件，兼具了 SoC和多核的優(yōu)點。在SoC與MPSoC芯片上，往往會集成存儲器，為處理器核提供存儲服務(wù)，從而提聞處理器的效率。
[0006]實時操作系統(tǒng)(RTOS)是指能對外部事件在限定的時間內(nèi)作出并完成響應(yīng)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，它是嵌入式計算機(jī)中的重要的系統(tǒng)資源，與通用平臺的操作系統(tǒng)不同，它往往嵌入到目標(biāo)機(jī)硬件設(shè)備內(nèi)部運行，一般用戶無法看到它的運行界面，因而又被稱為嵌入式操作系統(tǒng)。它往往采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，具有實時性、可靠性和可裁減性的特點，非常適合于嵌入式系統(tǒng)和要求實時處理的應(yīng)用場合。
[0007]實時的特征有兩點，那就是系統(tǒng)不僅需要給出合乎邏輯的計算結(jié)果，而且其處理時間還需要滿足一定的要求，比如說不能超過某個截止時間等等。因此可以把實時系統(tǒng)分為兩類，一類是硬實時(Hard Real-Time);另外一類則是軟實時(Soft Real-Time)。所謂硬實時是指如果系統(tǒng)對某個實時任務(wù)的處理未能在某個截止時間開始或者結(jié)束的話，最終的結(jié)果將是災(zāi)難性的，這就意味著即便是處理結(jié)果合乎邏輯但是仍然毫無意義；而在軟實時系統(tǒng)中，處理任務(wù)啟動或者結(jié)束的截止時間只是一個期望值，并不見得必須滿足；即便是處理時間超過了截止時間，也是有意義的。
[0008]而隨著對于計算機(jī)處理器的研究開始轉(zhuǎn)向多處理核心的方向，多核嵌入式系統(tǒng)成為操作系統(tǒng)新的挑戰(zhàn)，而任務(wù)調(diào)度則是其中的要點。如何對多核嵌入式系統(tǒng)中的任務(wù)在確保實時性的條件約束下能夠進(jìn)行高效的任務(wù)調(diào)度，是當(dāng)前的一個重要問題。同時這也涉及到如何利用多個處理器核的問題。而目前現(xiàn)有的任務(wù)調(diào)度方法往往強(qiáng)調(diào)實時性，但對于多核上如何進(jìn)行調(diào)度缺少深入的分析，因而不能實現(xiàn)高效的調(diào)度；同時，由于現(xiàn)有調(diào)度方法需要一個較為嚴(yán)格的假設(shè)條件，因此在實際使用時往往受到很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種多核嵌入式系統(tǒng)任務(wù)實時調(diào)度實現(xiàn)方法。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0011]一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0012]S10，建立包含多核嵌入式系統(tǒng)中全部任務(wù)的實時任務(wù)集合T ；
[0013]S20,從任務(wù)集合T中選擇不依賴其他任務(wù)的s個任務(wù)建立集合B ；以這s個任務(wù)為起點，建立分別以任務(wù)BI，B2,…，Bs為起點的任務(wù)依賴關(guān)系序列的集合L ；
[0014]S30，對任務(wù)集合T中的所有任務(wù)按照完成時限要求從短到長進(jìn)行排序，形成任務(wù)序列U ；
[0015]S40,處理起始調(diào)度任務(wù):從U中選擇m個排序在前的任務(wù)，作為起始調(diào)度任務(wù)；
[0016]S50，建立調(diào)度序列，包括:`
[0017]S501:如果U中的任務(wù)數(shù)量小于或等于m，則將序列U作為調(diào)度序列，調(diào)度工作完成，其中m為多核嵌入式系統(tǒng)的處理器核數(shù)，否則執(zhí)行步驟S502 ；
[0018]S502:計算U中排序在前的m個任務(wù)的完成時間并按完成時間從短到長排序形成序列R，如果沒有任何任務(wù)完成時間超過其完成時限要求，則以依賴關(guān)系為順序，對于第i個處理器核Ci,從處理器核Ci上的任務(wù)Tcd對應(yīng)的任務(wù)依賴關(guān)系序列集合選擇任務(wù)Tcd的后繼任務(wù)中第一個沒有被分配且不受任務(wù)依賴關(guān)系影響的任務(wù)分配到處理器核Ci上；如果受到任務(wù)依賴關(guān)系影響，則依照R中的序列關(guān)系進(jìn)行分配；
[0019]如果有q個任務(wù)的完成時間超過其完成時限要求則對于這q個任務(wù)，按照其完成時限要求進(jìn)行從短到長進(jìn)行排序，然后將q個任務(wù)依次分配到前q個處理器核上；
[0020]S503，將這m個任務(wù)從U中轉(zhuǎn)移到調(diào)度序列K中；
[0021]S504，如果U中仍有任務(wù)，重復(fù)步驟S402~S403，直到U中不再有任務(wù)，調(diào)度序列K即為最終的調(diào)度序列。
[0022]進(jìn)一步的，所述步驟SlO還包括:
[0023]為T中的每個任務(wù)分別建立屬性集合，所述屬性集合包括所述任務(wù)的執(zhí)行時間長度和完成時限。
[0024]進(jìn)一步的,所述步驟SlO還包括:
[0025]對于T中的N個不同任務(wù)，建立集合廠{(Ti，Tj)}，其中任務(wù)Tj的執(zhí)行依賴于任務(wù)Ti的執(zhí)行結(jié)果。[0026]進(jìn)一步的，步驟S40包括:
[0027]如果U中的任務(wù)數(shù)量小于或者等于m，按照U中的排序?qū)中的所有任務(wù)分配到處理器核上，調(diào)度工作完成；否則將選中的m個任務(wù)分配到m個處理器核上，并將這m個任務(wù)從U中轉(zhuǎn)移到調(diào)度序列K中。
[0028]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明減少了復(fù)雜的理論化的實時調(diào)度假設(shè)，改進(jìn)對于實時性調(diào)度過程中過多的約束條件所造成的實用性問題，為多核嵌入式系統(tǒng)任務(wù)的實時調(diào)度提供了更為簡化的方法，從而提高了多核嵌入式系統(tǒng)任務(wù)實時調(diào)度的效率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果:
[0029](I)高效性。多核嵌入式系統(tǒng)上具有多個處理器核，可以同時處理多個任務(wù)。在本發(fā)明中，對任務(wù)集合中的多個任務(wù)進(jìn)行依賴關(guān)系的分析，使得多個任務(wù)能夠順利的在多個處理器核上進(jìn)行分配，完成多任務(wù)的同時調(diào)度，達(dá)到更高的調(diào)度效率；
[0030](2)實用性。在本發(fā)明中，簡化了對多核嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)的多重約束條件，在相對較少的約束條件下，對任務(wù)的分析從實際運行的角度出發(fā)，使得任務(wù)的分配能夠更加靈活，并使得調(diào)度方法能夠滿足實際需要，從而使得本發(fā)明所提供的方法能夠具有更強(qiáng)的實用性。
[0031]因此，本發(fā)明適用于多核嵌入式系統(tǒng)任務(wù)實時調(diào)度，充分利用了多核處理器的多個處理器核，既加快了多核嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)的處理速度，又保證了實時任務(wù)的實時性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明實施例的方法示意圖。`【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0034]一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，該實現(xiàn)方法的步驟如圖1所不:
[0035]S10,建立包含多核嵌入式系統(tǒng)中全部任務(wù)的實時任務(wù)集合T。
[0036]對于多核嵌入式系統(tǒng)中的全部任務(wù)，建立一個任務(wù)的集合T，T由系統(tǒng)中的η個任務(wù)構(gòu)成，可以表示為:
[0037]T= {T0, T1,…，U ；
[0038]例如，對于具有15個任務(wù)的多核嵌入式系統(tǒng)，其集合T為:
[0039]T= {T0, T1, T2, T3, T4, Ts, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T12, T13, T1J ；
[0040]對于T中的任務(wù)Ti (0_q<N)，為其建立屬性集合Ai，包括執(zhí)行時間長度Ei和完成時限要求Di ；
[0041]對于上述具有15個任務(wù)的集合T，每個任務(wù)的屬性集合Ai如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，其特征在于，包括: S10，建立包含多核嵌入式系統(tǒng)中全部任務(wù)的實時任務(wù)集合T ； S20,從任務(wù)集合T中選擇不依賴其他任務(wù)的s個任務(wù)建立集合B ;以這s個任務(wù)為起點，建立分別以任務(wù)BI，B2,…，Bs為起點的任務(wù)依賴關(guān)系序列的集合L ； S30，對任務(wù)集合T中的所有任務(wù)按照完成時限要求從短到長進(jìn)行排序，形成任務(wù)序列U； S40，處理起始調(diào)度任務(wù):從U中選擇m個排序在前的任務(wù)，作為起始調(diào)度任務(wù)； S50，建立調(diào)度序列，包括: 5501:如果U中的任務(wù)數(shù)量小于或等于m，則將序列U作為調(diào)度序列，調(diào)度工作完成，其中m為多核嵌入式系統(tǒng)的處理器核數(shù)，否則執(zhí)行步驟S502 ； 5502:計算U中排序在前的m個任務(wù)的完成時間并按完成時間從短到長排序形成序列R，如果沒有任何任務(wù)完成時間超過其完成時限要求，則以依賴關(guān)系為順序，對于第i個處理器核Ci,從處理器核Ci上的任務(wù)Tcd對應(yīng)的任務(wù)依賴關(guān)系序列集合選擇任務(wù)Tcd的后繼任務(wù)中第一個沒有被分配且不受任務(wù)依賴關(guān)系影響的任務(wù)分配到處理器核Ci上；如果受到任務(wù)依賴關(guān)系影響，則依照R中的序列關(guān)系進(jìn)行分配； 如果有q個任務(wù)的完成時間超過其完成時限要求則對于這q個任務(wù)，按照其完成時限要求進(jìn)行從短到長進(jìn)行排序，然后將q個任務(wù)依次分配到前q個處理器核上； S503，將這m個任務(wù)從U中 轉(zhuǎn)移到調(diào)度序列K中； S504，如果U中仍有任務(wù)，重復(fù)步驟S402~S403，直到U中不再有任務(wù)，調(diào)度序列K即為最終的調(diào)度序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟SlO還包括: 為T中的每個任務(wù)分別建立屬性集合，所述屬性集合包括所述任務(wù)的執(zhí)行時間長度和完成時限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟SlO還包括: 對于T中的N個不同任務(wù)，建立集合 {(Ti，Tj)}，其中任務(wù)Tj的執(zhí)行依賴于任務(wù)Ti的執(zhí)行結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多核嵌入式系統(tǒng)實時任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟S40包括: 如果U中的任務(wù)數(shù)量小于或者等于m，按照U中的排序?qū)中的所有任務(wù)分配到處理器核上，調(diào)度工作完成；否則將選中的m個任務(wù)分配到m個處理器核上，并將這m個任務(wù)從U中轉(zhuǎn)移到調(diào)度序列K中。
【文檔編號】G06F9/48GK103885826SQ201410086704
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】胡威, 黎文飛, 胡雷, 郭宏, 張凱, 張鴻, 薛智文, 占旭寬, 蘇明揚(yáng), 黃波 申請人:武漢科技大學(xué)