动态静态结合的垂直节能优化策略

论文摘要

嵌入式系统中的能耗问题是与嵌入式设备的便捷相应而生的，由于嵌入式应用的不断丰富，系统能耗快速增长，但目前作为唯一电源的电池技术进展赶不上能耗的增加。由此造成嵌入式系统能耗问题日益严重。目前学术界针对嵌入式系统能耗主要有两种解决方法，即硬件节能和软件节能，其中软件节能又分为静态节能方法和动态节能方法。静态方法在编译时刻对代码扫描，找出可以针对目标平台特性优化的部分进行代码重构。动态电压调节以功率与输入电压平方的线性关系为基础，在电压降低的时候可以取得较大的节能效果。动态电源管理是设备运行时根据任务负载动态调整未来运行状态的技术，其主要方法分为三种：基于超时的算法、基于预测的算法和基于随机最优判断的算法。目前没有针对存储设备的成熟的节能优化方法，嵌入式存储设备的能耗在以往的研究中受关注不多，随着嵌入式平台的大数据量吞吐需求不断增强，磁盘能耗问题严重。本文提出了针对嵌入式存储设备的垂直节能优化模型，包括静态代码重构方法和动态运行调节方法。该模型从代码和设备两方面施加节能措施，力求到最大效果。针对磁盘设备的静态代码重构关注嵌套循环中对于大规模数组的访问，在讨论了数据访问模式与快速存储设备数据本地性的关系等问题后，提出了三种循环优化方法：循环融合、循环分拆、循环扩充。在仿真平台上实现了这些方法，取得了预计节能效果。基于超时判断的磁盘请求积累调度方法，与使用最基本超时节能方法的设备相比，可以取得20％以上的节能效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究难点
• 1.3 本文工作
• 1.4 本章小结
• 第2章 嵌入式系统电源管理
• 2.1 嵌入式系统能耗分析
• 2.2 动态电压调节
• 2.3 动态节能调度方法
• 2.3.1 基于超时的算法
• 2.3.2 基于预测的启发式算法
• 2.3.3 基于随机最优判断的算法
• 2.4 编译优化节能方法
• 2.4.1 编译优化节能层次
• 2.4.2 编译优化节能手段
• 2.5 本章小结
• 第3章 嵌入式存储设备垂直节能优化模型
• 3.1 磁盘对象的工作状态
• 3.2 磁盘对象的能耗分析
• 3.3 垂直优化流程与策略
• 3.4 本章小结
• 第4章 垂直节能优化模型的静态代码重构
• 4.1 基于存储设备节能的循环代码重构
• 4.1.1 基于能耗的循环融合
• 4.1.2 基于能耗的循环分拆
• 4.1.3 基于能耗的循环扩充
• 4.2 基于存储设备节能的综合循环变换
• 4.3 并行存储与布局优化策略
• 4.4 本章小结
• 第5章 垂直节能优化模型的动态运行调度
• 5.1 操作系统协同的请求积累调度
• 5.1.1 基于超时的状态切换与能耗
• 5.1.2 操作系统协同信息与能耗评价
• 5.2 请求积累状态转换策略
• 5.2.1 转入节能状态的策略
• 5.2.2 转出节能状态的策略
• 5.2.3 基于连续时间预测的积累阈值设定
• 5.3 本章小结
• 第6章 实现与结果分析
• 6.1 实现
• 6.2 结果分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 致谢