ارائه روشي براي زمان‌بندي وظايف متناوب و وابسته در سامانه‌هاي بي‌درنگ بحراني-مختلط چندهسته‌اي با هدف كاهش تعداد قبضه‌ها

Provide a method for Scheduling of dependent and periodic tasks in real-time mixed-criticality systems with multi-core architecture with the aim of preemption reduction

امروزه به علت تمايل به يكپارچه‌سازي بخش‌هاي مختلف سامانه‌هاي بي‌درنگ با بحرانيت‌هاي متفاوت در صنعت، سامانه‌هاي بحراني-مختلط مورد توجه قرار گرفته‌اند. از جمله كاربردهاي اين سامانه‌ها مي‌توان به پهپادها و ابزار‌هاي پليس هوشمند اشاره كرد كه در آن‌‌ها، وظايف مختلف با ميزان اهميت متفاوت در يك پلتفرم مشترك جمع‌آوري شده‌اند. به منظور فراهم كردن توان پردازشي مورد نياز سامانه‌هاي بحراني-مختلط، معماري‌هاي چندهسته‌اي گزينه مناسبي به شمار مي‌آيند. يكي از چالش‌هاي اصلي در معماري‌هاي چند هسته‌اي، زمان‌بندي وظايف است. بسياري از پژوهش‌هاي انجام شده در حوزه زمان‌بندي وظايف در سامانه‌هاي بحراني-مختلط چندهسته‌اي به زمان‌بندي وظايف مستقل پرداخته‌اند. ولي در واقعيت با بسياري از وظايف روبرو هستيم كه وابستگي داده‌اي بين آن‌ها وجود دارد و تا زماني‌كه اجراي يك وظيفه به اتمام نرسد امكان شروع وظيفه وابسته به آن وجود ندارد. جنبه ديگر از زمان‌بندي وظايف در سامانه‌هاي بحراني-مختلط كه كمتر به آن پرداخته شده كاهش تعداد قبضه‌هاي وظايف است كه موجب كاهش سربار زماني در حين اجراي وظايف مي‌شود. در اين پژوهش به زمان‌بندي وظايف وابسته و متناوب در سامانه‌هاي بحراني-مختلط چندهسته‌اي خواهيم پرداخت به گونه‌اي كه اولا زمان‌بندي ارائه شده محدوديت‌هاي سامانه را ارضا كند و ثانيا باعث كاهش تعداد قبضه‌ها در هنگام تخصيص وظايف باشد. در پايان، الگوريتم زمان‌بندي ارائه‌شده روي يك پهباد نمونه و هم‌چنين سامانه‌هايي با وظايف تصادفي آزمايش مي‌گردد و نرخ زمان‌بندپذيري و تعداد قبضه‌ها مقايسه مي‌گردند. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه الگوريتم ارائه شده بدون آن‌كه تغيير قابل توجهي در كاهش نرخ زمان‌بندپذيري داشته باشد تعداد قبضه‌ها را تا حدود 96 درصد كاهش مي‌دهد.

Today, due to the tendency to integrate different parts of a real-time system with different criticality levels, the concept of mixed-criticality systems has been considered. Applications of these systems include UAVs and smart police devices, in which different tasks of different importance are integrated together on a common platform. In order to provide the processing power required by mixed-criticality systems, multi-core architectures are a good option. One of the main challenges in multi-core architectures is task scheduling. Many researches in the field of task scheduling in mixed-criticality systems with multi-core architecture are assuming tasks are independent, but in reality, we are faced with many tasks that have a data dependency between them. Another aspect of task scheduling in lesser-known multi-core mixed-criticality systems is the reduction and control of the number of preemptions, which reduces time overhead during task execution. In this research, we schedule dependent tasks in a multi-core architecture in such a way that, firstly, the proposed schedule is correct and satisfies the limitations of the system, and secondly, it reduces the number of preemptions when assigning tasks to cores. Finally, the proposed scheduling algorithm is tested on a sample UAV and random tasks and then the scheduling rate and number of preemptions are compared. The results show that the proposed algorithm reduces the number of preemptions by about 96% without significantly changing the scalability rate.