一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法
2023-04-23 00:41:11
一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法
【專利摘要】本發明涉及一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法，在保證任務實時性的同時，通過設定電池最大能量閾值和最小能量閾值，對任務進行分組調度。本發明具有的有益效果有以下兩點：（1）在任務調度過程中考慮了任務能耗和電池的能量約束，可避免由於電池能量不足造成的任務執行中斷。（2）結合任務能耗和電池能量約束，採用分組調度策略，減少了在任務負載較高時，電池淺充淺放模式的使用次數，從而提高了電池的能量轉移總量和能量使用效率。
【專利說明】一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及嵌入式作業系統任務調度【技術領域】，特別是涉及一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法。
【背景技術】
[0002]隨著對設備小型化和更長電池使用壽命需求的增長，能量管理逐漸成為嵌入式系統研究的重點。對設備能量的隨意使用，會縮短設備的運行時間。在實際應用中，有些設備被部署後，相應的嵌入式應用需要運行很長的時間，例如，無線傳感器節點，巡航器等。如何延長這些電子設備的使用壽命變得尤為重要。採用能量收集技術從周圍環境收集能量是解決這個問題的一個有效方法。使用能量收集技術從環境資源中收集和存儲能量的嵌入式系統稱為能量收集系統，其組成不僅包括傳統的嵌入式系統組件，還包括能量採集單元(例如，太陽板)以及能量存儲單元(電池或電容)。近年來，能量收集被頻繁應用於小型自治設備，它們的特殊性在於能量的來源是無限的，但是在一定的時刻可使用的能量是受限的，能量的收集和存儲都是需要時間的。能量收集所需的時間會導致任務調度過程中產生空白時間，所以能量收集系統的調度器不是連續工作的。在這種背景下產生了新的調度問題，傳統調度算法(例如，截止時間優先算法、速率單調算法等)不再適用於這類系統。能量收集系統調度方法的目標不僅僅要滿足時間限制，還要保證在能量約束的條件下，任務執行不中斷。此外，電池(以磷酸鐵鋰電池為例)容量衰退至85%之前，深充深放與淺充淺放的使用模式對於電池能量轉移能力的影響是幾乎相同的，當電池容量衰退至75%時，深充深放的使用模式在電池能量轉移總量和能量效率上均優於淺充淺放的使用模式，因此，能量收集系統調度方法需要在任 務負載較高時，採用深充深放模式，從而減少了電池淺充淺放模式的使用次數，來提高電池的能量轉移總量和能量使用效率。
[0003]現有的結合任務調度研究能耗的方法，主要集中在截止時間約束下最小化系統能耗，或者是在能量約束下最大化系統性能。例如，使用動態調頻調壓，來降低處理器能耗。然而，他們大部分沒有考慮電池容量的限制和管理電池充電的必要性。這些技術應用在能量收集系統中是有限制的，並且在沒有足夠能量的情況下任務根本不能執行。因此，能量收集系統必須能動態地依據處理器負載能耗和能量存儲單元的充放電特性來管理和調度任務。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服目前能量收集系統在任務調度過程中沒有考慮任務能耗和管理電池充電的必要性造成的任務執行中斷，以及任務高負載運行時，電池過於頻繁的淺充淺放模式降低了電池能量轉移總量和能量使用效率問題。為了達到上述目的，本發明提出了一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法。
[0005]一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法，其特徵在於:
[0006]1、能量收集系統定義:
[0007]能量收集系統為Ρ=(Σ, B),其中:Σ = { τ …，τ J表示η個獨立實時任務集合,B表示電池；
[0008]實時任務Ti是一個五元組TiKCi, DiJpPi^i),其中=Ci表示任務執行時間，Di表示任務截止時間，Ti表示任務周期，Pi表示任務固定優先級，e,表示任務單位時間能量消耗速率；
[0009]電池為一個二元組B(Emax，ebat)，其中:Emax是電池最大容量，ebat是充電速率；
[0010]2、分組調度策略:分組調度策略基於固定優先級，就緒隊列任務按照優先級由高到低排序，依據分組條件，從任務就緒隊列中選取一組任務連續運行；在滿足任務截止時間約束的前提下，組任務在執行之前利用空閒時間為電池補充電能；當電池能量滿足組任務運行需求，組任務開始執行；組內任務連續執行；當該組任務執行完畢，從就緒隊列中選取下一組任務，如果就緒隊列為空，而且，電池容量小於Emax,則為電池充電；
[0011]分組調度策略的分組條件的判定，分組需要同時滿足兩個條件:(1)組內任務消耗總能量Eneed不能大於電池最大可用容量Emn (Emn=Emax-Emin) ；(2)組內任務最小截止時間減去組內任務執行時間的總和tidle大於電池充電所需時間；
[0012]分組條件為公式(l);Eneed計算方法如公式(2)，電池充電所需時間teh計算方法如公式(3)，組任務最小空閒時間tidle計算方法如公式(4):
【權利要求】
1.一種面向能量收集系統的嵌入式作業系統任務調度方法，其特徵在於: 1、能量收集系統定義: 能量收集系統為Ρ=(Σ，Β)，其中:Σ = {τ 1，…，τη}表示η個獨立實時任務集合，B表示電池； 實時任務Ti是一個五元組Ti=(CpDDl^PDei),其中=Ci表示任務執行時間，Di表示任務截止時間，Ti表示任務周期，Pi表示任務固定優先級，e,表示任務單位時間能量消耗速率； 電池為一個二元組B(Emax，ebat)，其中:Emax是電池最大容量，ebat是充電速率。
2.分組調度策略:分組調度策略基於固定優先級，就緒隊列任務按照優先級由高到低排序，依據分組條件，從任務就緒隊列中選取一組任務連續運行；在滿足任務截止時間約束的前提下，組任務在執行之前利用空閒時間為電池補充電能；當電池能量滿足組任務運行需求，組任務開始執行；組內任務連續執行；當該組任務執行完畢，從就緒隊列中選取下一組任務，如果就緒隊列為空，而且，電池容量小於Emax,則為電池充電； 分組調度策略的分組條件的判定，分組需要同時滿足兩個條件:(1)組內任務消耗總能量Eneed不能大於電池最大可用容量Emn (Emn=Emax-Emin) ；(2)組內任務最小截止時間減去組內任務執行時間的總和tidle大於電池充電所需時間； 分組條件為公式(l);EnMd計算方法如公式(2)，電池充電所需時間計算方法如公式(3)，組任務最小空閒時間tidle計算方法如公式(4):
【文檔編號】G06F1/32GK103914345SQ201410133089
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】董雲衛, 葛永琪, 張健, 孫朋朋 申請人:西北工業大學