实时调度及实时控制.ppt

实时调度和实时控制，一、实时任务，a :到达时间s:开始执行时间e:执行结束时间d:期限T:切换时间C:执行时间，一、实时任务调度， 硬限期硬限期任务为了保证系统的正确运行，通常在周期性或相邻的两个任务实例之间具有最小间隔时间的固定期限的是通常非定期任务，具有不确定的到达时间的软限期的是通常非定期任务， 具有不确定到达时间的是定期任务的调度算法，RM算法-单速率算法任务的优先级由其周期决定，周期越小任务的优先级越高，任务的周期固定，因此该算法基于静态优先级T1=5，T2=7C1=2，C2=3，EDF算法-最早的期限优先调度算法任务的优先度决定为其绝对期限，绝对期限越小任务的优先度越高，EDF基于动态优先度。 周期性任务的调度算法：T1=5，T2=7C1=2，C2=3，RM和EDF在固定优先级和动态优先级算法中分别是最合适的。 RM算法只能解决任务期限等于任务周期的情况下的优化调度，并且如果不满足这一条件，则可以证明期限单调(DM )算法是优化的。 周期性任务调度算法、非周期性任务调度算法、混合任务实时调度算法、静态调度后台调度(BackgroundScheduling):非周期性为了提高非周期性任务的响应性能，轮询服务器策略设置周期性任务服务器，特别指定非周期性任务，以满足其他周期性任务的期限为前提，尽可能将服务时间分配给该服务器。 这种方法基本上是轮询服务。 动态调度不能基于静态优先级方法来处理突发事件，因此基于动态优先级方法能够将空闲处理能力(没有使用周期性任务)用于非周期性任务，实现非周期性任务的快速响应特性同时将周期性任务清除动态优先级交换服务器和动态稀疏服务器、其他问题、共享资源互斥调度过载处理多处理器调度或多机调度(MMS :多机调度)何时执行任务这与任务分配和调度有关，也与某处理器的资源、网络通信等诸多问题有关，大大增加了问题的难易度，证明了这种调度是NP问题。 二、对实时控制、软件区域功能测试单元测试软件设计、控制区域性能需求模型设计算法设计、控制与计算没有共识，采样周期与性能损失、指数模型周期分配方法(Seto )、 指数模型(Seto ) :多任务优化模型：特征：采用静态方法、近似性能指标的灵活任务模型(EPAA、Buttazzo )、其特征：压缩过程中任务的灵活系数始终不变，动态优先级调整算法(DPAA )、利用率调整区间因此，对于性能衰减率变化较大的任务，可能会获取更多的处理器资源，从而提高整个系统的性能。 DPAA算法：动态优先级调整算法的模拟结果：任务参数，模拟结果，控制参数需要根据周期变化进行调整， 在线设计：需要大量计算时间且不切实际的离线设计：在控制算法设计阶段，在采样周期的允许范围内选择适当的代表性周期点，按点设计并保存控制器参数，查找表插值计算与当前周期对应的控制器参数理想的控制任务数字实现了假设条件，采样任务始终在某一周期内准备好采样数据后，立即执行控制计算，致动器在接收到控制计算的结果后，立即执行输出，或者在采样时刻固定的延迟下三个任务自身的执行时间抖动和延迟的定义，取样抖动定义了实时控制任务的两个相邻实例之间的取样间隔的变化。 假设任务的采样间隔序列在这里是对抖动进行采样的。 计算延迟：以实时控制从任务实例采样到任务输出执行完成的时间间隔。 理想控制任务的数字实现假设条件，2个实时任务共享处理器的单速率(RM )调度算法，抖动和延迟对控制性能的影响，抖动和延迟静态补偿， 以尽量减少上下文切换次数为最优化目标，在某个时间段调度周期性任务，形成调度队列的所有任务在一个宏期间内生成实例的延迟和抖动的列表，抖动和延迟静态补偿-PID示例，采样，查询， 执行误差输出、数据更新、静态补偿-PID模拟结果、动态补偿单任务实时性能指标、， 将计算延迟保持在某一固定值附近的子任务的调度思想：，以便于来自减少采样抖动的控制算法的补偿， 在一个采样周期内计算时间：控制流量的计算时间仅占据总计算时间的很小一部分，并且执行输出命令所花费的计算时间几乎为零。大部分计算时间被用来执行其他功能，例如数据标记和安全性验证。 子任务调度将控制任务分为控制输出和数据更新两个子任务，子任务调度发生子任务调度： RM，子任务调度： FP，错误，缺点：上下文切换增加，子任务调度，FP调度返回2，分配给所有子任务调度，使用单调(DM )到期日算法分配任务优先级，计算每个控制输出子任务的释放时间(任务到期日越短，优先级越高)。 t :=获得系统时间()； set priority (p _ co ) loopreadinput (t，y_value) CalculateOutput(t，y_value) WriteOutput(t，u _ value ) set priority (p _ up ) updatestate () t:=t T； 设置优先级(p _ co ) sleep until (t )结束； 子任务，EDF调度：t:=GetSystemTime ()； setabsolutedeadline (t dco ) loopreadinput (t，y_value) CalculateOutput(t，y_value) WriteOutput(t，u _ value ) setpabsolumtedeadline (t ) sleep t:=t T； setabsolutedeadline (t dco ) sleep until (t )结束； 另外，任务的释放时间在EDF调度中难以分析，将数据更新任务延迟到控制输出任务的期限后释放，子任务调度模拟结果：子任务调度模拟结果：计算延迟分布，采样间隔分布，采样间隔分布任务属性调整的含义， 需要灵活的参与机制来补偿基于最坏运行时间来确定任务属性的不足，在实时控制系统的设计中，我们通常希望其鲁棒性能够很好地适应任务采样周期和响应时间的改变。 可以将该控制器设计为切换在不同的操作模式下或者具有不同的采样间隔，并且如果需要的话，该控制器可降低处理器的负载，同时以本电路的性能为代价。 反馈调度系统、一般而言，反馈调度系统应当解决的问题是如何选择适当的控制信号、测量信号和设置点、采用了什么控制结构以及应用于什么过程模型。 调度器的目标是调节控制任务的采样频率以使处理器的利用率接近一定值。监视器：监控处理器负载状况(如截止错误率、处理器使用率等)，将信息反馈给控制器，控制器：根据当前处理器使用率的误差，调整估计使用率变化量(控制量) QoS执行器：任务的服务质量。 基本调度程序： EDF或RM算法。 实时控制任务的性能和周期分析，实时控制任务的模糊调度， 对于离散控制系统，假设在不同的控制阶段给控制电路提供不同的采样周期：当控制电路误差较大时，给该电路提供较小的采样周期，减小其性能损失该电路进入稳定阶段后，增大电路的采样周期，几乎不影响系统性能、实时控制任务模糊调度元素、控制任务、其它周期性任务和非周期性任务由基本调度器统一调度，基本调度器的调度算法是单速率(RM )或期限优先级(EDF )算法处理器负载状况还表示为过期延迟因子或处理器估计利用率，其参数可以从监视器反馈回参与控制器。 监视器的作用有两个方面：首先监视处理器的负载状况，并将监视的参数反馈给进入控制器。 监视器监视处理器负载状态的周期(采样窗口的大小)为任务的宏周期(所有任务周期的最小公倍数)。 接着，监视实时控制任务的状态。 参与控制器的目标可通过使处理器的性能接近于给定值来从处理器的当前负载状况与给定性能之间的差导出利用率上的变化量，且将其提供到反馈调度器。 实时控制任务模糊调度要素、反馈调度器基于参与控制器的控制量和实时控制任务的优先级的变化来调整内核内任务的利用率。 两种实现方式：直接采用原反馈调度系统的QoS驱动器，实时控制任务无法建立QoS与利用率的关系，为系统中需要调整利用率的所有控制任务分配固定带宽利用率，控制任务根据各自的需求所有任务都没有QoS和利用率模型，控制任务和其他任务一样，依赖于各自的优先级来竞争处理器资源，在多个控制电路同时发生大的干扰的情况下，控制任务可以从其他任务获得更大的利用率，相反，其他任务也可以从控制任务获得更多的利用率模糊控制规则、位置型控制器、控制规则表：模糊控制决策表：控制决策表、仿真结果、仿真结果、性能比较图、采样周期变化图、四、具有切换时间的多机调度问题优化模型：火炮联合防空、 代理移动路径规划：GASA混合优化算法：GASA混合优化算法代码和初始组：代码化：多基因序列编码方法，P:2110115361379124814|734执行机构1执行机构2执行机构3 初始组：产生贪婪算子的个体(计算复杂度小，局部最优)、GASA混合优化算法选择、交叉、变异选择：基于线性排序的自适应度分配方法(rank-bas