دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشکده برق و کامپیوتر

زمانبندی وظایف در سیستم­ های تعبیه­ شده بی­­ درنگ برداشت گر انرژی با هدف کاهش نرخ خطای سررسید و افزایش کارایی انرژی مصرفی

پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی کامپیوتر- معماری کامپیوتر

استاد راهنما

دکتر محمد علی منتظری

1394

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

صفحه

فهرست مطالب ……………………………………………………………………………………………………………………………………………هشت

چکیده. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1

فصل اول: توصیف مسئله

1-1 مقدمه. 2

1-2  ساختار پایان نامه. 4

فصل دوم : مفاهیم اولیه

2-1  مقدمه. 6

2-2 سیستمهای تعبیه شده. 6

2-3  سیستم بی درنگ….. 8

2-4  زمانبندی وظایف…. 9

2-4-1  انواع زمانبندی.. 9

2-5  تعاریف اولیه. 10

2-6  الگوریتمهای زمانبندی اولیه. 12

2-6-1  الگوریتم زمانبندی نزدیکترین سررسید اول (EDF). 12

2-6-2  الگوریتم زمانبندی نرخ یکنواخت (RMS). 13

2-7  برداشت انرژی محیطی.. 14

2-7-1  اجزای سیستم تعبیه شده مبتنی بر برداشت انرژی.. 15

2-7-2  انواع سیستم برداشتگر انرژی.. 16

2-8  مدیریت توان در سیستمهای تعبیه شده. 19

2-9  نتیجه گیری.. 20

فصل سوم : بررسی منابع و کارهای انجام شده

3-1 مقدمه. 21

3-2  الگوریتمهای زمانبندی سیستم تعبیه شده بدون برداشتگر انرژی.. 22

3-2-1  الگوریتم زمانبندی MILP وLEDF.. 23

3-3  عوامل مشترک در زمانبندی سیستمهای بیدرنگ برداشتگر انرژی.. 24

3-4  الگوریتمهای زمانبندی سیستم تعبیه شده مبتنی بر برداشتگر انرژی.. 25

3-4-1 روش زمانبندی LSA… 25

3-4-2  روش زمانبندی EA-DVFS.. 30

3-4-3  روش  زمانبندی AS-DVFS.. 33

3-4-4  روش زمانبندی LM-APM…. 35

3-4-5  روش زمانبندی HA-DVFS.. 41

3-4-6   الگوریتم انتخاب فرکانس باتوجه به وضعیت سیستم.. 48

3-5  نتیجه گیری.. 54

فصل چهارم : الگوریتم پیشنهادی

4-1 مقدمه. 55

4-2  ذخیره ساز انرژی.. 56

4-2-1  مزایای ابرخازن در برابر باطری با قابلیت شارژ مجدد. 56

4-2-2  معایب ابرخازن در برابر باطری با قابلیت شارژ مجدد. 57

4-3  مدل سیستم.. 61

4-3-1  مدل برداشتگر انرژی.. 61

4-3-2  مدل پردازنده. 61

4-3-3  مدل ذخیره ساز انرژی.. 62

4-3-4  مدل وظیفه. 63

4-4  الگوریتم زمانبندی بیدرنگ….. 63

4-4-1  انتخاب بازه زمانی.. 65

4-4-2  محاسبه انرژی مورد نیاز برای اجرای وظایف موجود در بازه. 65

4-4-3  محاسبه موجودیت انرژی.. 66

4-5  نتیجه گیری.. 74

فصل پنجم : شبیه سازی و نتیجه گیری

5-1 مقدمه. 75

5-2 تنظیمات اولیه. 75

5-3  مقایسه نرخ خطای سررسید.. 78

5-4  کمترین ظرفیت ذخیره سازی برای داشتن نرخ خطای سررسید صفر. 85

5-5  سودمندی انرژی.. 87

5-6  نرخ خطای سررسید در حالت عدم وجود واحد ذخیره ساز انرژی.. 89

5-7 : بررسی سربار زمانبندی.. 89

5-8  نتیجه گیری.. 90

5-9  پیشنهادات… 91

مراجع. 92

فهرست شکل­ها

شکل 1-1 : نمودار مشخصات یک وظیفه. 11

شکل 2-1 : نوع اول سیستم برداشتگر انرژی.. 16

شکل3-1 : منحنی توان در روش LSA… 26

شکل 3-2 : مدل سیستم روش LM-APM… 36

شکل 3-3 :  شبه کد الگوریتم HA_DVFS قسمت تنظیم بارکاری پردازنده و انتخاب پویای ولتاژ و فرکانس…. 44

شکل 3-4 : زمانبندی دو وظیفه. 45

شکل 3-5 : شبه کد الگوریتم بهره وری از انرژی سرریز شده. 46

شکل 4-1 : اتصال دو باطری برای جداسازی فازهای شارژ و دشارژ. 59

شکل 4-2: مدل سیستم پیشنهادی.. 61

شکل 4-3: محاسبه dl در حالت Edemand = EH(tc , Dmax) + ES(tc). 68

شکل 4-4 : شبه کد الگوریتم پیشنهادی.. 73

شکل 5-1 : نمودار توان برداشت PH(t). 76

شکل 5-2 : مقایسه نرخ خطای سررسید الگوریتم پیشنهادی با سایر الگوریتم ها 79

شکل 5-3 نمودار خطی تغییرات نرخ خطای سررسید الگوریتم ها در مقادیر متفاوت بهره وری.. 80

شکل 5-4 :  4 نمونه گیری از انرژی خورشیدی.. 80

شکل 5-5 : مقایسه نرخ خطای سررسید برای 5000 مجموعه وظیفه. 81

شکل 5-6 : مقایسه نرخ خطای الگوریتم ها در مقادیر مختلف ظرفیت باطری و بهره وری.. 83

شکل 5-7 : مقایسه نرخ خطای سررسید در حالت ذخیره ساز دوگانه و باطری.. 84

شکل 5-8 : مقایسه نرخ خطای سررسید در مقادیر مختلف ذخیره سازی باطری و ابرخازن.. 85

شکل 5-9 : مقایسه حداقل ظرفیت واحد ذخیره سازی برای داشتن خطای سررسید صفر. 86

شکل 5-10: نمودار کارایی انرژی در مقادیر مختلف بهره وری.. 88

شکل 5-11 : مقایسه نرخ خطای سررسید در دو حالت صحت و حذف واحد ذخیره ساز انرژی.. 89

فهرست جدول­ها

جدول 4-1 : مقایسه باطری و ابرخازن.. 58

جدول 4-2 : حالات کاری باطری های شکل4-1. 59

جدول 5-1 : مشخصات پردازنده XScale اینتل.. 76

جدول 5-2: نرخ خطای سررسید الگوریتم HA-DVFS براساس شکل 5-4. 80

جدول 5-3 : محاسبه سربار زمانبندی الگوریتم ها 90

فصل اول

فصل اول: توصیف مسئله

1-1 مقدمه

در سالهای اخیر با رشد و توسعه کامپیوترها در همه جنبه­های زندگی بشر و افزایش نیازهای روزمره و گسترش برنامه‌های کاربردی[1]، نیاز به طراحی و توسعه سیستم­های تعبیه­شده[2] بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. سیستم‌های تعبیه‌شده، ابزارهای محاسباتی هستند که درون بخش عظیمی از محصولات و کاربردهای روزمره جاسازی شده­اند. سیستم­های پردازش اطلاعات در تجهیزات ارتباط از راه دور، سیستم­های حمل و نقل، تلفن همراه، اسباب بازی، دوربین و… مثال­هایی از سیستم‌های تعبیه‌شده می­باشند. این سیستم­ها به دلیل خاص­منظوره بودن، جایگزین تجاری مناسب و ماندنی برای کامپیوترها و یا ابزارهای همه منظوره نیستند. همانطورکه برنامه‌های کاربردی بصورت تصاعدی پیچیده می­شوند با پیچیدگی ابزارهای محاسباتی تعبیه‌شده نیز مواجه می‌شویم. اکثر این سیستم­ها دارای محدودیت­های زمانی بوده و نیازمند اجرای وظایف[3] در بازه زمانی خاص می­باشند بنابراین وجود یک زمانبند[4] مناسب برای سیستم­های بی­درنگ[5] تعبیه شده، امری ضروری است. الگوریتم زمانبندی مناسب، یکی از قسمت­های مهم سیستم­های بی­درنگ می­باشد تا بتواند منابع مورد نیاز وظایف را در زمان مناسب در اختیار آن­ها قرار داده و وظایف بتوانند در زمان مناسب اجرا شوند. علاوه­ براین، محیط­های کاری این سیستم­ها، ضرورت استفاده از منبع انرژی مناسب را برای کاربردهای بی­درنگ ایجاب می­کند بنابراین در کنار محدودیت زمانی بحث مدیریت انرژی[6] و منبع انرژی نیز بسیار حائز اهمیت است. اغلب سیستم­های تعبیه شده، مبتنی بر باطری هستند و طول عمر این سیستم­ها نیز وابسته به طول عمر باطری می­باشد بنابراین در بسیاری از مواقع که منبع انرژی دائمی در دسترس نیست استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی[7] می­تواند مورد توجه قرار گیرد. بنابراین یکی از راهکارهای موجود پیش پای طراحان سیستم­های تعبیه­شده بی­درنگ، استفاده از منابع انرژی محیطی و برداشتگرهای انرژی[8] است. این منابع می­توانند شامل انرژی خورشیدی، حرارتی و شیمیایی باشند و یا حتی انرژی جنبشی حاصل از امواج دریا و یا حرکت دست و پای انسان و سایر موجودات زنده نیز می­تواند بعنوان منبع انرژی در اختیار سیستم­های تعبیه­شده قرار گیرد. در این سیستم­ها برخلاف سیستم­های مبتنی بر باطری سنتی که سیستم، بعد از اتمام انرژی موجود در باطری، دیگر قادر به ادامه عملیات خود نیست، می­توانند با استفاده از باطری با قابلیت شارژ مجدد[9]، انرژی را از محیط پیرامون خود دریافت کرده و در باطری و یا سایر ذخیره­سازهای انرژی همچون خازن، ذخیره و در اختیار سیستم قرار دهند. از جمله سیستم­های تعبیه­شده ­بی­درنگ که استفاده از انرژی محیطی می­تواند نقش بسیار مهمی در جهت افزایش کارایی این سیستم­ها داشته باشد عبارتند از : دستگاههای خودپرداز، سیستم­های تعبیه­شده موجود در اتوموبیل­ها (سیستم ضد قفل و دزدگیر و …)، سیستم­های تعبیه­شده موجود در اتاق عمل و موارد پزشکی، شبکه­های حسگر ، سیستم­های کنترل از راه دور و ربات­ها خصوصا ربات­های مین­یاب و امداد و نجات و … که در همه این موارد اجرای به موقع و صحیح عملیات سیستم بسیار مهم می­باشد. بنابراین طول عمر، پیوستگی عملیات و کارایی این سیستم­ها بسیار حائز اهمیت است که استفاده از تکنیک برداشت انرژی محیطی درجهت بهبود موارد گفته شده می­تواند نقش موثری  داشته باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 677