申请/专利权人：郑州轻工业大学

申请日：2023-07-07

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN116880978B

主分类号：G06F9/48

分类号：G06F9/48;G06F9/50;G06F30/20;G06F111/04;G06F111/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2023.10.31#实质审查的生效;2023.10.13#公开

摘要：本发明公开了一种基于模型检验的实时系统分区调度方法及调度器，实时系统运行在一个单核或多核处理器上，具体方法为：系统将处理器时间划分为n个时间分区，时间分区内包含实时任务集合，时间分区内的任务仅在时间分区的时间窗口内调度或运行，根据需求向量生成分区调度表；求解分区调度表，使得任意时间分区内的任务满足其实时性约束，系统获得最小的处理器占用率。

主权项：1.一种基于模型检验的实时系统分区调度方法，其特征在于：运行在一个单核或多核处理器上的实时系统的分区调度方法包括如下步骤：步骤1，系统将处理器时间划分为n个时间分区；步骤2，利用随机搜索算法生成的个体向量I建立用于描述时间分区的时间需求的需求向量X，根据需求向量X生成系统分区调度表；步骤3，基于步骤2生成的系统分区调度表利用形式化模型描述每个时间分区内的任务调度及运行行为；步骤4，对形式化模型进行模型检验，探索形式化模型的状态空间，判断时间分区是否满足实时性约束；步骤5，基于模型检验的结果利用个体向量I的适应度函数评价系统分区调度表所对应个体向量I的适应度，利用评价结果指导随机搜索算法对系统分区调度表的解空间开展下一代的搜索，直至发现最优的需求向量，使得系统获得最小的处理器占用率；步骤2的具体操作步骤包括：步骤21，根据时间分区在每个周期时长pi之内，获得预算为bi的处理器时间，定义需求向量X＝x1,x2,…,x2i-1,x2i,…,x2nT，利用需求向量X描述系统中各时间分区的周期时间需求其中，x2n为需求向量中的第2n个变量，上标T表示矩阵的转置，x2i-1＝pi，x2i＝bi，i为时间分区的分区序号，i＝1,2,…,n；步骤22，对于严格周期性时间分区集合根据需求向量中严格周期性时间分区的周期时间需求生成周期性的时间窗口其中时间窗口时长而偏移则根据以下线性规划模型进行求解：目标函数：约束条件： 式中，k为线性规划目标函数的权重参数，i1、j1为严格周期性时间分区的分区序号，分别是严格周期性时间分区的时间窗口偏移，分别为严格周期性时间分区的预算，分别为严格周期性时间分区的周期时长，为周期时长的最小公倍数，为构造的未知量，用于线性化可调度性约束条件，定义为求得严格周期性时间分区的调度表其中，是严格周期性分区的时间窗口集合，表示严格周期性时间分区的分区周期序号，表示当前周期性的时间窗口在主时间框架M中的偏移，将调度表中所有的时间窗口按照偏移进行升序排列，组成分区-时间窗口集合通过函数将周期性的时间窗口映射为该周期性的时间窗口所属的严格周期性时间分区其值域ρol,dl∈Ω1，ω1为周期性的时间窗口的数量，l为排序后的周期性的时间窗口的序号，时间窗口满足步骤23，对于非严格周期性时间分区集合令非严格周期性时间分区的分区序号i2按照非严格周期性时间分区的抖动上限从小到大排序，在严格周期性时间分区的调度表及其分区-时间窗口集合的基础上，进行如下操作：1设置可调度性标识SCHED＝True，分区-时间窗口集合其中_,0,0和_,M,0是两个长度为0的辅助时间窗口，_是一个占位符，表示该时间窗口不属于任何一个非严格周期性时间分区，M为主时间框架；2针对每一个非严格周期性时间分区遍历其主时间框架M内的每一个分区周期，其中，分区周期的数量为个，分别为分区周期循环执行3～10；3对于第f个分区周期，设置当前偏移当前预算4若当前预算b0且可调度性标识SCHED＝True，则循环执行5～8；5搜索两个相邻的时间窗口ot,dt和ot+1,dt+1，使得且ot≤oot+1，其中t为按照窗口偏移排序后时间窗口的序号，ρ为将时间窗口映射为其所属时间分区的函数；6若未搜索到5中的时间窗口，则设置可调度性标识SCHED＝False，返回执行4，若搜索到5中的时间窗口，则执行以下操作；7设置当前偏移o＝maxo,ot+dt，当前可用时长a＝ot+1-o，为非严格周期性时间分区添加一个新的时间窗口o,mina,b，即在分区-时间窗口集合中按序插入元素令当前预算b＝maxb-a,0；8更新当前偏移o：若ab，则令当前偏移o＝o+b，执行9，若a≤b，则令o＝ot+1+dt+1，返回执行4；9若则设置可调度性标识SCHED＝False，若则执行10；10更新时间周期或非严格周期性时间分区的序号：若则f＝f+1，返回3继续探索当前非严格周期性时间分区的第f+1个时间周期，否则令i2＝i2+1，返回2探索下一个非严格周期性时间分区的各个时间周期，直至探索完所有非严格周期性时间分区的的各个时间周期；11令分区-时间窗口集合可得系统分区调度表12返回系统分区调度表及可调度性标识SCHED；步骤3的具体步骤包括：步骤31，创建形式化模型在形式化模型中，分区调度模型描述分区调度行为，任务调度模型描述分区内的任务调度行为，任务模型描述分区内任务的运行行为；步骤32，将时间分区在系统分区调度表中的时间窗口集合Wi写入分区调度模型生成分区调度器实例模型其中时间窗口集合Wi为ki为第i个时间分区的时间窗口的序号，wi为第i个时间分区的时间窗口总数量；步骤33，将时间分区内的任务调度策略配置Ri写入任务调度模型生成任务调度器实例模型步骤34，将时间分区内的任务的行为配置写入任务模型生成任务实例模型g为任务序号，mi为第i个时间分区中的任务总量；步骤35，组合时间分区内的分区调度器实例模型任务调度器实例模型和任务实例模型形成描述完整分区行为的分区模型

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百度查询： 郑州轻工业大学 一种基于模型检验的实时系统分区调度方法及调度器

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