论文题目: 弱硬实时系统及其调度算法
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 陈积明
导师: 孙优贤
关键词: 实时系统,调度算法,弱硬实时,动态失效,服务质量,现场总线,可扩展性
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着计算机,网络和通信技术地发展,实时系统越来越多得被应用于工业控制、网络通信、实时监控,多媒体等领域。这些新的实时网络应用得出现给实时系统地发展提出了新的要求和挑战。 弱硬实时概念的提出,丰富和扩充了实时系统理论,也满足了实时网络应用的理论需求。弱硬实时相关问题也因此成为当前实时研究的重点问题之一。本论文的研究内容集中在弱硬实时约束规范,基于弱硬实时约束规范的调度算法及相关实验。 弱硬实时理论能够统一描述原有各类实时系统,硬实时、软实时系统都是一类典型的弱硬实时系统。本文提出了一种新的弱硬实时规范约束。从典型弱硬实时的角度分析了总线协议的实时特性,并具体针对弱硬实时调度算法DBP,讨论其在优先级设置及调度中的问题,并给出修正策略。论文还讨论了弱硬实时系统的可扩展问题,提出了任务流归类的方法。完成的相关主要工作具体的包括了以下几个方面: 1.简单回顾了实时系统的发展及其相关调度算法。 2.提出了((?),p)约束,研究了其与现有弱硬实时约束之间的关系;同时修正了文献[61]中的一个约束强弱比较的定理;全面总结了弱硬实时系统的静态调度算法和静态调度中的两个主要问题,以及动态弱硬实时调度算法及其性能评价方法等。 3.从典型弱硬实时—硬实时的角度,分析工业网络FF的MAC层任务的WCET,提出协议改进策略,并通过仿真验证了改进协议的有效性。比较了集中控制式总线协议FF和WorldFIP非周期任务调度的带宽利用率。 4.研究了DBP算法忽略状态所包含0/1信息分布的缺点,提出了与进入失效距离对称的概念—退出失效距离,并说明了改进优先级算法设置的合理性,扩展了DBP算法的优先级类别。 5.研究DBP算法在优先级设置时仅考虑该任务流本身的历史状态,而忽略任务流任务时间参数特性的缺点;提出了在任务优先级设置过程中考虑不同任务流之间任务时间参数特性的矩阵DBP算法,并给出了矩阵元素的计算公式。
论文目录:
摘要
ABSTRACT(英文摘要)
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 弱硬实时系统研究的背景、目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究的内容
1.3.1 弱硬实时系统及其约束规范
1.3.2 基于典型弱硬实时理论的总线实时特性及性能评价
1.3.3 基于弱硬实时的动态调度算法的改进及其性能评价
1.3.3.1 基于弱硬实时约束的E-DBP算法
1.3.3.2 基于弱硬实时约束的Matrix-DBP算法
1.3.3.3 弱硬实时系统的可扩展性研究
1.3.4 无线网络环境下的弱硬实时调度实验
第二章 弱硬实时系统
2.1 弱硬实时系统模型
2.2 μ-pattern和弱硬实时约束规范
2.2.1 μ-pattern
2.2.2 弱硬实时约束规范
2.2.3 弱硬实时约束关系
2.3 弱硬实时调度算法及性能评价方法
2.3.1 基于弱硬实时系统的静态调度算法
2.3.2 基于弱硬实时系统的动态调度算法
2.3.2.1 DWCS调度算法
2.3.2.2 DBP调度算法
2.3.3 基于弱硬实时系统的性能评价方法
2.4 小结
第三章 基于典型弱硬实时的总线实时特性及性能评价
3.1 引言
3.2 FF任务调度过程及实时性能分析
3.2.1 周期任务调度
3.2.2 FF非周期通信及实时性能分析
3.2.2.1 非周期任务调度过程
3.2.2.2 非周期任务响应时间分析
3.2.2.3 一种改进的APTCP计算方法
3.2.2.4 仿真实验及性能评价
3.3 FF和WorldFIP非周期任务通信性能分析
3.3.1 FF和WorldFIP非周期任务通信
3.3.2 两种总线非周期任务通信的分析比较
3.3.2.1 WorldFIP非周期任务通信带宽利用率分析
3.3.2.2 FF非周期任务调度带宽利用率分析
3.3.2.3 两种协议的非周期任务调度性能比较
3.4 结束语
第四章 基于弱硬实时约束的E-DBP算法
4.1 问题描述
4.1.1 DBP调度算法
4.1.2 DBP调度算法的问题
4.2 E-DBP算法
4.3 仿真实验
4.3.1 动态性能评价
4.3.1.1 泊松流
4.3.1.2 突发流
4.3.2 时延分析
4.4 小结
第五章 基于弱硬实时约束的Matrix-DBP算法
5.1 问题描述
5.2 Matrix-DBP算法
5.3 仿真实验
5.3.1 周期任务流
5.3.2 泊松流
5.4 小结
第六章 基于弱硬实时约束的系统可扩展性研究
6.1 问题描述
6.2 可扩展性类选择算法
6.2.1 系统模型
6.2.2 归类标准分析
6.2.3 丢失率平衡类选择算法
6.2.4 任务流平衡类选择算法
6.2.5 可扩展性vs.QoS粒度
6.3 仿真实验
6.3.1 仿真模型和参数
6.3.2 EDF vs.S-CSA E-DBP vs.E-DBP
6.3.3 截止期影响分析
6.3.4 静态和动态类选择算法比较
6.4 小结
第七章 无线网络环境下的弱硬实时调度实验
7.1 实验目的
7.2 实验方案
7.2.1 方案1：基于无线传感网络的弱硬实时调度实验
7.2.1.1 硬件设备及相关软件
7.2.1.2 程序流程
7.2.1.3 数据分析
7.2.2 方案2：基于WLAN的弱硬实时调度实验
7.2.2.1 实验平台
7.2.2.2 结果和数据分析
7.3 小结
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间发表的论文和参加的科研项目
发布时间: 2005-07-27
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