基于溫度感知的多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了適應(yīng)用戶對(duì)系統(tǒng)性能的需求，處理器由單核發(fā)展到雙核，進(jìn)而發(fā)展到多核。然而隨著處理器內(nèi)核數(shù)目的增加和內(nèi)部集成度的提升，處理器內(nèi)部功耗和發(fā)熱量急劇增加。處理器內(nèi)部的高溫和強(qiáng)烈的溫度變化，不僅增大了系統(tǒng)的冷卻成本，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性也產(chǎn)生了巨大影響，嚴(yán)重制約著多核系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。因此在滿足應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能要求的前提下，如何執(zhí)行任務(wù)的調(diào)度，從而提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為當(dāng)前亟需解決的問題。
　　目前的研究主

2、要從硬件層面和軟件層面來解決以上問題，而無論是硬件技術(shù)方向的降頻，還是軟件技術(shù)方向的基于溫度感知的任務(wù)調(diào)度方法等的研究，都單一著眼于降低系統(tǒng)的最高溫度，這種方式有時(shí)是以犧牲系統(tǒng)性能為代價(jià)的。而本文通過對(duì)電遷移(Electro migration，EM)，應(yīng)力遷移(Stress migration，SM)，與時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿(Time-dependent dielectric breakdown，TDDB)和熱循環(huán)(Thermal c

3、ycling，TC)這四種集成電路失效機(jī)制的分析發(fā)現(xiàn)，前三種因素主要受高溫影響，而TC除了受系統(tǒng)高溫影響的同時(shí)，熱循環(huán)過程中的振幅和頻率的變化對(duì)系統(tǒng)平均失效時(shí)間(Mean-Time To Failure，MTFF)也有著很大的影響，而系統(tǒng)平均失效時(shí)間是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。
　　本文通過對(duì)初始損耗相同的同構(gòu)多核系統(tǒng)的生命周期分析，發(fā)現(xiàn)任務(wù)負(fù)載平衡將保證系統(tǒng)MTTF最優(yōu)。然而在異構(gòu)多核系統(tǒng)中，處理器核心的初始損耗與結(jié)構(gòu)各不相同，

4、因此本文提出一種基于損耗補(bǔ)償?shù)臏囟雀兄{(diào)度算法實(shí)現(xiàn)任務(wù)負(fù)載平衡，以達(dá)到系統(tǒng)MTTF最優(yōu)的效果。該算法根據(jù)多核實(shí)時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)核心自身損耗狀況進(jìn)行任務(wù)的分配和調(diào)度，當(dāng)核心的損耗主要基于熱循環(huán)時(shí)，在滿足任務(wù)截止期的前提下，運(yùn)用DVFS(Dynamic voltage and frequency scaling)技術(shù)，通過調(diào)整處理器執(zhí)行的頻率，使任務(wù)按照其平均能耗非遞增排序執(zhí)行，避免出現(xiàn)熱循環(huán)過程;當(dāng)核心損耗主要是基于高溫時(shí)，使任務(wù)按照其平均能