فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                                               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

نه

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

ده

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

یازده

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

دوازده

چکیده

با رشد و توسعه تکنولوژی در زندگی بشر، نیاز به رشد و توسعه سیستم­های تعبیه­شده که بخش عمده­ای از سیستم­های دیجیتال را شامل می­شوند هم بیشتر می­شود.ازجمله مشخصه­های اصلی یک سیستم تعبیه شده، بی­درنگ بودن و مصرف انرژی مناسب می­باشد بعلاوه اجرای یک برنامه شامل وظایف مختلفی است که هرکدام منابع خاص خود را از سیستم می­طلبند حال اگر این منابع در زمان مناسب در اختیار وظایف قرار نگیرد، سیستم نمی­تواند بازده و کارایی مناسبی داشته باشد بنابراین وجود یک زمانبند مناسب برای چنین سیستم­هایی از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. محدودیت مصرف انرژی در سیستم­های تعبیه شده، بسیار حائز اهمیت است این اهمیت از آنجا ناشی می­شود که بسیاری از این سیستم­ها، مبتنی بر باطری هستند و اغلب مواقع امکان شارژ مجدد باطری وجود ندارد و درصورت اتمام انرژی موجود در باطری، سیستم از کار خواهد افتاد در چنین مواقعی استفاده از برداشتگرهای انرژی می­تواند راهکار مناسبی برای غلبه بر محدودیت انرژی سیستم باشد. الگوریتم­های زمانبندی زیادی در زمینه بی­درنگ بودن و بهبود مصرف انرژی ارائه شده است اما هرکدام دارای محدودیت­ها و نواقصی می­باشند در اغلب مطالعات انجام شده از باطری ایده آل بعنوان منبع انرژی که مقدار معین انرژی را در یک ولتاژ خروجی ثابت، ذخیره یا پخش می­کند استفاده شده است و از تاثیر ضریب شارژ/دشارژ باطری در میزان انرژی منتقل شده، صرف­نظر شده است لیکن این امر همیشه صحیح نیست و طراحی بر مبنای این مدل ساده و حداقل کردن میانگین مصرف انرژی لزوما منجر به بهینه شدن طول عمر باطری نمی­شود. در این راستا در این پایان نامه روشی را برای زمانبندی سیستم­های تعبیه شده مبتنی بر برداشت انرژی و باطری غیرایده­آل با هدف بهبود انرژی مصرفی درحین اجرای بی­درنگ وظایف سیستم و کاهش نرخ خطای سررسید مجموعه وظایف، پیشنهاد می­دهیم در این روش با انتخاب بازه مناسب برای برداشت انرژی از محیط، به بررسی موجودیت انرژی سیستم و میزان انرژی مورد نیاز برای اجرای بی­درنگ وظایف در آن بازه پرداخته و با توجه به پارامترهای موجود، انرژی مورد نیاز برای اجرای وظیفه و سطح فرکانس مناسب برای پردازنده را اختصاص می­دهیم. نتایج حاصل از شبیه­سازی نشان می­دهد که روش پیشنهادی در مقایسه با روش­های موجود، نرخ خطای سررسید را کمتر می­کند همچنین در روش پیشنهادی، تعداد دفعات رجوع به باطری کمتر شده که در نتیجه باعث اتلاف کمتر انرژی حاصل از شارژ/دشارژ باطری و افزایش طول عمر آن و در نهایت افزایش طول عمر سیستم می­شود.

کلمات کلیدی :  سیستم­های تعبیه شده، برداشتگر انرژی، زمانبندی بی­درنگ، ذخیره­ساز انرژی غیرایده­آل