面向穿戴应用的大小核架构低功耗策略研究

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随着技术的革新和穿戴设备的发展,目前智能穿戴设备逐渐被广泛应用在军事和医疗等各个领域,智能穿戴设备不断引领着新的潮流,改变着人们的生活,但是其所处理的应用场景却复杂多变。面对不断膨胀的应用需求,消费者要求穿戴设备在不断减少体积和质量的同时,进一步保证系统的性能和有效的降低功耗,延长使用时间和待机时间。然而性能和功耗本身就是不可调和的矛盾,体积减少、性能提升的同时,必然导致系统的功耗提升。因此功耗问题已经严重制约穿戴设备的进一步发展。以ARM big.LITTLE架构为代表的性能异构多核处理器由多个性能和功耗不同的处理器组成,通过不同性能和功耗的处理器对不同应用进行处理,可以有效的降低功耗。针对big.LITTLE架构处理器合理的进程调度和电源管理,对系统资源按需分配,可同时兼顾高性能和低功耗。目前成熟的调度算法或者动态电源框架,都是针对SMP等系统进行设计和优化,不适应本文使用的ARM big.LITTLE性能异构多核架构,更不适应穿戴设备复杂多变的应用场景。通过研究分析现有调度算法的不足,结合穿戴设备特殊的应用场景,提出了动态阈值的HMPDB负载均衡调度算法。该算法根据系统的总体负载调整系统的进程迁移阈值,在保证性能和公平性的同时实现负载均衡,不仅可以有效的降低功耗,更能适应穿戴设备极端复杂的应用场景。另一方面,传统的调度器与动态电源管理策略虽然都已资源分配、功耗降低为目标,但是各有侧重,这些框架各自为政,势必相互影响,造成额外的性能损失和功耗增加,本文进一步改进调度器和动态电源管理系统,以HMPDB调度器为核心,实现了一个目标统一的HMPDB-EAS节能调度框架,通过调度器对CPU和应用程序的负载进行统计分析,协调CPUFreq调频子系统和CPUIdle子系统的运行,在保证CPU性能同时满足系统的负载需求和应用程序的性能需求的同时,降低穿戴设备的功耗,同时延长CPU处于的休眠模式的时间,进一步降低穿戴设备的功耗。经过实验表明,本文设计的动态节能调度框架HMPDB-EAS更加适应穿戴设备的应用场景,通过调度器和动态电源管理框架的协调配合,能够在保证系统性能的同时有效的降低系统的功耗。
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