Loading...

System-level Energy Management for Hard Real-time Embedded Systems

Salehi Khanghahbar, Mohammad | 2016

931 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 48255 (19)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Computer Engineering
  6. Advisor(s): Ejlali, Alireza
  7. Abstract:
  8. Many embedded systems must be highly reliable and have hard real-time constraints. Technology scaling has enabled integration of multiple fast cores in a single chip. This provides higher computation speed that can achieve low response time in real-time systems. However, shrinking transistor dimensions aggravates reliability threats. Furthermore, hard real-time embedded systems are usually subjected to severe power and energy consumption limitations imposed by battery and cooling units. Therefore, designing hard real-time embedded systems requires careful considerations of reliability and power/energy consumption issues. High reliability can be achieved through exploiting fault tolerance techniques. However, these techniques may incur considerable energy overhead which necessitates the use of energy management techniques. Among the energy management techniques that can be used in different abstraction levels, system-level techniques are more preferable, since they do not modify hardware and also can be applied on larger parts of the system. Dynamic voltage scaling (DVS) and dynamic power management (DPM) are two main system-level energy management techniques. In this thesis, to efficiently use the capability of these energy management techniques some new concepts are presented and employed, which are: i) Pseudo-dynamic slack (slack time that is released at runtime but can be determined at design time), ii) Two-phase execution (normal phase while no fault has occurred and on-demand phase upon a fault occurrence) and iii) Dynamic redundancy and voltage scaling. By the use of these concepts we have proposed an N-modular redundancy (NMR) technique with low energy-overhead for multicore systems which employs two-phase task execution along with DVS and DPM for energy management. To reduce energy consumption in checkpointing we have proposed a technique which minimizes the number of checkpoints in fault-free states while guaranteeing applications deadline in faulty states. We have also proposed power-reliability management techniques for multicore systems under thermal design power (TPD) constraint and process variation. To do this, we exploit dynamic redundancy and voltage scaling considering variations in software and hardware levels
  9. Keywords:
  10. Reliability ; Hard Real Time Systems ; Embedded Real-Time System ; Energy Consumption Reduction ; System Level Energy Management ; Power Management in System Level

 Digital Object List

 Bookmark

  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست جدول‌ها
  • مقدمه
  • مدل سیستم
    • سیستم‌های نهفتهٔ بی‌درنگ
    • مدل کاربردها و وظایف در سیستم‌های نهفته
    • مدل توان و انرژی مصرفی
      • توان مصرفی پویا
      • توان مصرفی ایستا
      • مدل انرژی مصرفی
    • مدل قابلیت اطمینان
  • کارهای پیشین: روش‌های پایهٔ سطح سیستم برای مدیریت انرژی
    • مدیریت پویای توان (DPM)
    • تغییر پویای ولتاژ تغذیه (DVS)
      • دسته‌بندی روش‌های مختلف تغییر پویای ولتاژ DVS
    • تنظیم وفقی ولتاژ بدنه (ABB)
    • روش‌های مدیریت انرژی در سایر سطوح تجرید
  • کارهای پیشین: مدیریت انرژی و تحمل‌پذیری اشکال در سیستم‌های نهفته
    • سیستم‌های تک‌پردازنده‌ای
      • مدیریت انرژی آگاه به قابلیت اطمینان برای یک وظیفه
      • تحمل‌پذیری اشکال آگاه به انرژی با استفاده از نقاط وارسی وفقی برای یک وظیفه
      • مدیریت انرژی آگاه به قابلیت اطمینان با استفاده از نقاط وارسی برای یک وظیفه
      • مدیریت انرژی حریصانهٔ آگاه به قابلیت اطمینان برای چند وظیفه
      • مدیریت انرژی آگاه به قابلیت اطمینان برای وظایف متناوب بی‌درنگ
      • مدیریت انرژی آگاه به قابلیت اطمینان با استفاده از بازیابی اشتراکی
      • زمان‌بندی وظایف به هدف بهینه کردن مصرف انرژی و افزایش قابلیت اطمینان
    • سیستم‌های چند پردازنده‌ای
      • کاهش همپوشانی اجراهای اصلی و کمکی در سیستم‌های دوپردازنده‌ای
      • مدیریت ایستای انرژی برای وظایف متناوب بی‌درنگ روی سیستم‌های دوپردازنده‌ای
      • روش‌های مدیریت انرژی برای سیستم‌های دوپردازنده‌ای تک‌وظیفه‌ای
      • بهینه‌سازی مصرف انرژی سیستم رزرو-آماده‌باش
      • مدیریت انرژی برپایهٔ بازخورد برای سیستم رزرو-آماده‌باش
      • زمان‌بندی و مدیریت انرژیِ اجرای وظایف متناوب در سیستم رزرو-آماده‌باش
      • مدیریت انرژی آگاه به قابلیت اطمینان برای وظایف مستقل
      • مدیریت انرژی آگاه به قابلیت اطمینان برای وظایف وابسته
  • کارهای انجام شده در این رساله و ارزیابی آن‌ها
    • مفاهیم جدید مطرح شده در این رساله
      • زمان بیکاری شبه-پویا
      • اجرای دو مرحله‌ای
    • ابزارهای ارزیابی روش‌های پیشنهادی
      • ارزیابی روش تغییر پویای ولتاژ و فرکانس
    • استفاده از اجرای موازیِ وظایف برای مدیریت انرژی در افزونگی سخت‌افزاری
    • مدیریت انرژی برای افزونگی N‌ پیمانه‌ای روی پردازنده‌ها‌ی چندهسته‌ای
      • مدیریت انرژی در روش NMR پیشنهادی
      • ارزیابی
    • مدیریت انرژی برای روش بازگشت از اِشکال عقب‌گرد با استفاده از نقاط وارسی
      • پیاده‌سازی روش پیشنهادی
      • چند مثال روشنگر
      • استفاده از روش تغییر پویای ولتاژ تغذیه در روش نقاط وارسی دومرحله‌ای
      • ارزیابی روش پیشنهادی
    • مدیریت قابلیت اطمینان با مصرف توان بهینه از طریق تغییر پویای افزونگی و ولتاژ تغذیه
      • بررسی انگیزشی مصالحهٔ ممکن بین قابلیت اطمینان و توان مصرفی
      • تعریف مسأله
      • راه حل پیشنهادی
      • ارزیابی روش پیشنهادی
    • مدیریت قابلیت اطمینان با مصرف توان بهینه از طریق تغییر پویای نرم‌افزار و ولتاژ تغذیه
      • بررسی انگیزشی: مصالحهٔ بین قابلیت اطمینان و مصرف توان برای برنامه‌های مختلف در ولتاژ و فرکانس‌های مختلف
      • تعریف مسأله
      • روش پیشنهادی
      • ارزیابی روش پیشنهادی
  • جمع‌بندی و کارهای آتی
  • مراجع
...see more