[发明专利]一种物联网终端设备的自适应命令处理系统与方法

说明书

本发明涉及一种物联网终端设备的自适应命令处理系统与方法，包括：允许用户通过URL访问的形式把物联网应用安装到设备上；综合考虑时间与能耗指标的确定性多处理器间命令自动分发方法；统计用户在各处理器上使用每种命令的频次基于命令使用频次完成资源受限处理器上的命令集定制；云服务器根据命令集定制结果生成新命令集，并网络更新到具体处理器。由此本发明提供了一种简便的异构多处理器节点上的物联网应用开发方法、降低了异构多处理器节点的整体能耗、提升了系统的普适性。

技术领域

本发明涉及物联网中异构多处理器节点的应用领域，特别涉及一种物联网终端设备的自适应命令处理系统与方法。

背景技术

智能化是物联网发展中至关重要的一步，现阶段物联网节点所需要的计算资源、存储资源不断增加，而与此同时，电池供电的节点想要长期稳定运行应具有低能耗的特性。异构多处理器节点相比于同构多处理器节点或者单处理器节点具有可以在整体较低能耗的条件下支持复杂计算的优点，因此这种体系结构被引用到了物联网节点的设计中，现在已经涌现出很多在物联网中应用异构多处理器节点的研究与应用。在物联网中应用异构多处理器体系结构有两个难点。一方面异构多处理器节点中处理器的差异性较大，应用设计时要考虑的问题比较多，开发难度大，即如何对异构多处理器节点有效编程。另一方面，异构多处理器节点中资源的调度问题直接影响到节点的能耗问题，如何设计优秀的资源调度方案来保证在平均较低能耗的条件下保持较高的计算能力。

近些年对异构多处理器体系结构在物联网中的应用研究越来越多。例如开源硬件Arduino中的异构多处理器板，Arduino Yun板，其提供了一些基础函数以及处理器间的Bridge库支持Atemega32U4处理器调用Atheros AR9331处理器上的命令，大大方便了开发者开发使用。CoMOS操作系统针对同时具有ARM处理器和MSP430处理器的异构多处理器节点设计，通过设计新的操作系统，让开发者在操作系统的基础上进行应用的设计与开发，极大地方便了物联网应用的开发工作，但是该操作系统目前不具有通用性。论文针对异构多处理器节点的应用设计与能耗评估中提出了一种异构多处理器节点中应用设计的流程，并设计了一个装置有FPGA协处理器的板子SUNSHINE，同时比较了该多处理器节点与单处理器节点在执行任务时的能耗使用情况[3]。论文针对异构多处理器传感器节点的软硬件协同设计解决了在异构多处理器上设计和实现程序的问题，提出了一种通用的分层软硬件接口，该接口能够满足微控制器上的任务与FPGA上任务的无缝链接。Bolt指出处理器间通信时使用共享互联和共享存储会导致异构节点时间、功率、和时间域的干扰，阻碍了设计人员充分利用多处理器的优势，因此它提出了一种用于异构无线嵌入式平台构造的第一个超低功耗处理器互联方法。

针对于异构多处理器节点应用中存在着编程难度大的问题，以上工作提出了一些方案，但这些方案不能通用地用在异构多处理器节点上。另一方面，目前还缺少对资源调度问题的研究，以往的研究主要针对于非物联网中的异构多处理器进行，但是在物联网中资源调度问题具有新的挑战，比如存在资源受限的处理器，处理器间功能不对等以及更多地关注能耗等。本发明针对于异构多处理器节点编程难度大的问题设计了一种脚本编程的方案；并提出了一种有限时间条件下的最低能耗的命令分发方案以及提出了一种根据用户习惯进行了命令调度优化的方案。

在物联网中应用异构多处理器节点与一般的单处理器节点相比有其特殊性：

首先，异构多处理器节点需要分别对各处理器进行单独编程，并且要考虑处理器间的影响，编程难度大大加大；

其次，物联网中的异构多处理器节点上存在着一些处理器资源受限的问题，处理器间功能、性能差异大，需要设计新型的适用于物联网中的资源调度方法，使得节点运行中的平均能耗尽可能地小；

最后，不同用户对物联网资源需求的差异性大，如何设计一种通用方案来满足不同用户的不同需求。