在μC/OS—II上實現(xiàn)動態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)
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3．2 更新DVS任務(wù)控制信息
為了讓系統(tǒng)知道每個任務(wù)的詳細(xì)情況，實現(xiàn)過程中建立如下結(jié)構(gòu)體保存任務(wù)的信息：
該結(jié)構(gòu)體作為任務(wù)控制塊的一部分，在任務(wù)創(chuàng)建時，將μC／OS—II自身預(yù)留的任務(wù)擴(kuò)展指針OSTCBExtPtr指向該結(jié)構(gòu)體。這些信息必須在每一個時鐘節(jié)拍之后都有變化，因此它們必須在每一個時鐘節(jié)拍進(jìn)行更新。更新這部分信息的代碼被放在OSTimeTickHook()函數(shù)中。
3．3 計算可運行的最低電壓和頻率
計算可運行的最低電壓和頻率的算法是DVS功能的核心部分。算法的基本思想是，將所有任務(wù)產(chǎn)生的松弛時間給當(dāng)前任務(wù)使用，使當(dāng)前就緒的任務(wù)集以盡量低的電壓和頻率運行。系統(tǒng)最開始運行在最高頻率和電壓下。該算法的偽代碼如下：
//變量leastNxtSusTime表示距離最近一個任務(wù)就緒的時間
//變量readyTaskRequireTime表示就緒任務(wù)共需要的執(zhí)行時間獲取任務(wù)TCB；
根據(jù)FlexibleRatio設(shè)置處理器的頻率
由于系統(tǒng)并不是時刻都需要動態(tài)地去改變處理器的頻率和電壓，當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)中任務(wù)的就緒隊列發(fā)生變化的時候才需要重新計算處理器的頻率和電壓。因此，這部分代碼需要在任務(wù)的切換過程中和中斷返回時執(zhí)行。在本實驗中，這部分代碼寫在μC／OS—II擴(kuò)展文件os_cpu_c．c中的OSTaskSwHook()函數(shù)中，同時在OSIntCtxSw()中也用了這個函數(shù)。
3．4 設(shè)置處理器的頻率和電壓
由于設(shè)置處理器的頻率和電壓是與操作系統(tǒng)所運行的硬件平臺相關(guān)的，不同的處理器設(shè)置處理器頻率和電壓的方法不盡相同，所以本實驗在改進(jìn)μC／OS—II的時候并沒有將這部分代碼寫入內(nèi)核，而是提供了擴(kuò)展接口setCPUAtSpecifledVolAndFreq(voltage，frequency)供移植時使用。該函數(shù)用于設(shè)置處理器的電壓和頻率為指定的電壓和頻率。其中，參數(shù)voltage和frequency分別表示電壓和頻率。
3．5 快速查詢頻率和電壓
因為目前大多數(shù)的處理器并不支持連續(xù)地設(shè)置處理器的頻率，它們僅支持離散地設(shè)置處理器的頻率，所以按照公式(8)計算出來的頻率處理器可能并不支持。本實驗在實現(xiàn)過程引入了頻率查詢表快速查詢高于計算結(jié)果的，且處理器支持的最低頻率。它的結(jié)構(gòu)如下：
根據(jù)計算出的FlexibleRatio，即可直接在查詢表中查詢到相應(yīng)的頻率值；但是計算出的FlexibleRatio多為小數(shù)，故在實際應(yīng)用時常將該表設(shè)計得比實際大10倍。查詢的時候先將FlexibleRatio乘以10后取整，然后再查表。
3．6 可裁減設(shè)計
為保持與μC／0S—II本身可裁減特性的一致，新加入的DVS功能可以在os_cfg．h中通過宏定義變量0S_PM_DVS_EN來啟用和關(guān)閉。OS_PM_DVS_EN為1表示開啟DVS功能，為O表示關(guān)閉。
4 測試實驗
改進(jìn)后的μC／0S—II使用ARM Develop Suit V1．2編譯后，在華邦的W90P710開發(fā)板上測試運行。W90P710開發(fā)板支持4個等級的頻率調(diào)整。有關(guān)μC／OS-II在這塊板子上的移植請查閱參考文獻(xiàn)。
采用功率計HIOK13332測量改進(jìn)前后μC／OS—II在板子上運行時的功耗。本測試案例創(chuàng)建了兩個任務(wù)。這兩個任務(wù)的屬性如表1所列。
實驗結(jié)果表明，使用DVS功能與不使用DVS功能相比，調(diào)節(jié)處理器的功耗下降41％。
5 結(jié) 論
本文的創(chuàng)新之處在于提出了一個DVS的實現(xiàn)模型，并在保持μC／OS—II原有的基于搶占的靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度基礎(chǔ)上，在遵循可裁減、可移植的前提下，在其內(nèi)核中加入了支持動態(tài)電壓管理的代碼配置和函數(shù)接口。經(jīng)測試，改進(jìn)后的μC／OS—II可以在W90P710上順利運行。雖然本實驗是針對離散的頻率和電壓進(jìn)行的，但改進(jìn)的μC／0S—II仍然可以支持連續(xù)電壓和頻率下的動態(tài)管理。通過以上改進(jìn)，μC／0S—II在實際應(yīng)用中可以節(jié)省更多的能耗，設(shè)備的使用時間會更加長久。
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