[发明专利]一种多核嵌入式系统的网络节点任务映射方法

说明书

本发明公开了一种多核嵌入式系统的网络节点任务映射方法，该方法包括以下步骤：通过无线网络节点拓扑结构得到节点图，由此建立节点间的通信能耗与通信时间矩阵；根据实际应用得到任务间的相关性，并建立任务图及任务间的相关性矩阵；通过任务执行可靠性模型，建立任务可靠性、动态电压/频率调整、任务复制之间的关系；引入任务分配、频率选择、任务复制、任务执行起始时间、任务执行顺序优化变量，构造相应的时间和能量约束，构建多核嵌入式系统的网络节点任务映射问题；利用变量替代方法，将提出的优化问题线性化以便求得最优解；针对优化问题结构利用解耦及任务分层的方法，设计低计算复杂度的启发式算法以提高本映射方法的可扩展性。

技术领域

本发明属于嵌入式实时系统领域，涉及一种多核嵌入式系统的网络节点任务映射方法。

背景技术

嵌入式系统因具有结构简单、低成本、功耗小、可定制化程度高等特点，已逐步成为了网络化系统的核心组成部分。它使得网络节点在微小体积内能够实现信息采集、数据处理、无线通信等多种功能。虽然单个节点能力有限，只能完成某些特定的简单任务，但是通过节点间的协同工作，能够完成单个节点所不能完成的复杂任务。因此，需要对任务在网络节点上的映射过程进行优化设计。通过将任务分配到网络化节点上执行，并调整任务的起始时间和执行时间，可实现节点间的高效协同工作。在任务映射过程中，受节点硬件和实际应用的影响，需要考虑实时性、可靠性和能效性方面的约束。由于提高系统可靠性会影响实时性和能效性，为了均衡上述目标，需要对此进行联合优化，并且根据不同的性能指标设计相应的求解算法。

如今，多核嵌入式实时系统的任务映射研究已经取得了很多的研究成果。然而还存在以下的问题：1)网络化系统中嵌入式节点的通信成本(包括通信时间和能量)不可忽略；2)任务在多核嵌入式节点上映射过程中存在执行冲突；3)基于多目标优化的多核嵌入式系统任务映射问题具有较高的计算复杂度。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种多核嵌入式系统的网络节点任务映射方法，在考虑实时性、可靠性和能效性的约束下，确定任务频率选择、任务复制、任务分配和任务执行起始时间决策，以达到均衡各节点能耗的目的。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种多核嵌入式系统的网络节点任务映射方法，该方法包括如下步骤：

(1)通过无线网络节点的拓扑结构得到无向节点图，由此建立节点间的通信能耗矩阵与通信时间矩阵；

(2)根据实际应用得到任务的相关性，由此得到任务的有向无环图，以及任务间的相关性矩阵；

(3)通过任务执行可靠性模型，建立任务可靠性、动态电压/频率调整、任务复制之间的关系；

(4)引入任务分配、频率选择、任务复制、任务执行起始时间、任务执行顺序等优化变量并构造相应的时间和能量约束，从而构建基于多核嵌入式系统的网络节点任务映射优化问题；

(5)将(4)所提出的优化问题线性化；

(6)针对(4)所提出的优化问题结构利用解耦及任务分层方法设计了低计算复杂度的启发式算法，以提高本映射方法的可扩展性。