異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高能效與安全性調(diào)度探討

顧鵬

摘 要：本文主要分析了異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高效性和安全性調(diào)度問題，重點(diǎn)介紹了異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用內(nèi)容，其具有耦合程度高、應(yīng)用效果突出的優(yōu)點(diǎn)，滿足了特殊的行業(yè)需求。通過分析異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高效性與安全性調(diào)度，不斷推動系統(tǒng)性能的完善，并發(fā)揮其高能效、安全調(diào)度的運(yùn)行價值。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)分布式;嵌入式系統(tǒng);高能效;安全性;調(diào)度

一、異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的體系分析

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，目前我國異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用情況，主要是受到與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)融合應(yīng)用的程度不同而顯示出效果差異。對比異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成，可以發(fā)現(xiàn)，其與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別集中在計(jì)算組件的性能以及其所能夠達(dá)到的計(jì)算效率等方面，從而顯示出高能效的優(yōu)點(diǎn)。異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的體系見圖1。

結(jié)合上圖，異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)計(jì)算組件的性能將直接影響到其運(yùn)行效果，并與高能效存在直接關(guān)聯(lián)。一般而言，系統(tǒng)計(jì)算組件由CPU、數(shù)字信號處理器以及定制芯片等三部分構(gòu)成，并對編程現(xiàn)場資源、控制組件任務(wù)能耗、分配處理任務(wù)具有重要作用。而在通信基礎(chǔ)框架中，單一總線和橋接異構(gòu)總線都是其基本的通信方式，都可以滿足不同任務(wù)之間互相通信的需求。但異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信方式，更加便捷和靈活，但也存在較多的問題影響著最終的通信效果。

二、異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高能效調(diào)度

對異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高能耗調(diào)度分析，主要是基于平均預(yù)分配的系統(tǒng)處理方式，以動態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)為核心，預(yù)分配系統(tǒng)任務(wù)并控制處理器能耗。但是，隨著異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)研究的不斷深入，可以提出更好的系統(tǒng)算法來降低系統(tǒng)運(yùn)行的能效，進(jìn)而獲得更短的高能效調(diào)度距離。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容見圖2。

2.1算法研究

現(xiàn)階段對異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高能效調(diào)度研究，仍是從既有能耗約束的實(shí)際情況出發(fā)，重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化系統(tǒng)的調(diào)度方法。對于算法的研究，主要是提出異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)全新的任務(wù)分配方式，進(jìn)而調(diào)整系統(tǒng)能耗調(diào)度的敏感度，達(dá)到高能效的效果。算法的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括了：優(yōu)化系統(tǒng)計(jì)算組件任務(wù)處理方式，通過預(yù)先分配的方法減少固有能耗約束值的調(diào)度長度;通過傅里葉變換或者高斯消除等數(shù)學(xué)方法來開展模擬實(shí)驗(yàn)，提高任務(wù)分配的合理性和科學(xué)性，從而達(dá)到有效控制系統(tǒng)能耗的目的。

2.2 模型設(shè)計(jì)

對異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)高能效調(diào)度的模型設(shè)計(jì)，是以系統(tǒng)的一組異構(gòu)處理器為基礎(chǔ)，通過將系統(tǒng)需要進(jìn)一步處理的并行任務(wù)進(jìn)行劃分的方式，將其展示為DAG圖，從而模擬每一個組成任務(wù)結(jié)點(diǎn)所指向的任務(wù)處理器、處理流程、分配方式以及處理時間;并結(jié)合通信的配合效果，得出任務(wù)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艜r間。經(jīng)過建模可以發(fā)現(xiàn)：以10 個小組任務(wù)組成整體的并行任務(wù)為例，10個小組任務(wù)會并行在三個不同的處理器上，并且每個任務(wù)之間的邊權(quán)值存在差異;當(dāng)某一任務(wù)在未分配到合理處理器之前，其所需的通信時間不同;同時，每一個任務(wù)在處理器上使用主頻的任務(wù)處理時間也有所不同，從而呈現(xiàn)出異構(gòu)分布式的特點(diǎn)。

2.3能效長度優(yōu)化

結(jié)合對異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)高能效調(diào)度的算法和模型設(shè)計(jì)，需要進(jìn)一步控制系統(tǒng)的能效長度，從而達(dá)到降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗的效果。具體的能效長度優(yōu)化，是先針對模型中設(shè)定的任務(wù)處理器能耗預(yù)算的分配結(jié)果進(jìn)行把控，從而在能夠滿足整體系統(tǒng)并行任務(wù)處理能耗的基礎(chǔ)需求之上，逐步縮減整體的能耗調(diào)度長度。在逐步縮減過程中，可以借助數(shù)學(xué)公式的計(jì)算作用，把控任務(wù)分配的工作頻率和處理器功耗，進(jìn)而得出每一項(xiàng)任務(wù)的能耗極值。

三、異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的安全性調(diào)度

結(jié)合異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高能效調(diào)度方式，對其安全性調(diào)度的研究則是結(jié)合系統(tǒng)的安全信息傳輸方案來進(jìn)行規(guī)劃。一般而言，異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的安全性調(diào)度內(nèi)容包括了計(jì)算組件、通信基礎(chǔ)框架的安全設(shè)計(jì)，避免系統(tǒng)出現(xiàn)資源入侵和被破壞的結(jié)果，進(jìn)而干擾系統(tǒng)運(yùn)行。主要內(nèi)容如下：

3.1安全方案設(shè)計(jì)

對異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的安全性調(diào)度，主要是在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置一個安全管理和維護(hù)模塊，通過入侵安全預(yù)警的方法，保障異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)調(diào)度信息、任務(wù)分配的安全性、真實(shí)性以及完整性。具體的方案設(shè)計(jì)為：通過系統(tǒng)安全信息傳輸預(yù)警或者請求，在評估系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的情況下，選擇合適的安全策略，更改系統(tǒng)運(yùn)行安全設(shè)備參數(shù)，從而保障異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的安全，并初步完成安全性調(diào)度的第一步。

3.2自適應(yīng)設(shè)計(jì)

完成異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的安全方案設(shè)計(jì)之后，還需要調(diào)整方案的適應(yīng)性，確保其能夠有效保證異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。在安全性調(diào)度的自適應(yīng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以通過應(yīng)用中間件平臺和技術(shù)的方法，可以及時完成系統(tǒng)傳輸任務(wù)，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加具有機(jī)動化性和靈活性。自適應(yīng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：確保適應(yīng)目標(biāo)與系統(tǒng)結(jié)合、優(yōu)化系統(tǒng)自適應(yīng)的方法和手段、建立完善的自適應(yīng)方案，從而使得系統(tǒng)接受任務(wù)更加具有動態(tài)性;并通過獨(dú)立的安全性調(diào)度功能構(gòu)件，維護(hù)安全功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

四、總結(jié)

綜上所述，通過分析異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的高能效和安全性調(diào)度，可以進(jìn)一步完善異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的功能，并在降低系統(tǒng)能耗的同時，達(dá)到保障系統(tǒng)安全的效果。未來對異構(gòu)分布式嵌入式系統(tǒng)的分析，會隨著算法和模型的完善，而不斷得到強(qiáng)化。

參考文獻(xiàn)

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