Real-Time Dynamic Voltage Scaling for the EPOS Operating System

Abstract

Abstract-Several implementations of Real-Time DynamicVoltage and Frequency Scaling (RT-DVFS) have been made in the last decade. Most of them, however, are adaptations performed over some Linux-based operating system. The real-time support on Linux systems depend on complex modifications of the system kernel and is often not regarded as hard real-time support. This work presents the design and implementation of the DVFS support for the hard real-time schedulers of EPOS (Embedded Parallel Operating System) -an application-driven operating system designed to support embedded applications. The design presented here supports the insertion of RT-DVFS heuristics into the system schedulers in a loosely-coupled fashion. The design is implemented in EPOS and evaluated in a XScale processor. Effectiveness of the RT-DVFS heuristic is assessed by implementing two classic RT-DVFS algorithms that were proposed as extensions to the Earliest Deadline First scheduler.I. INTRODUÇÃO Dispositivos embarcados alimentados por bateria trazem consigo restrições conflitantes: autonomia e desempenho. Ao mesmo tempo que devem economizar energia, ganham a responsabilidade sobre tarefas inteligentes que necessitam de processamento poderoso. Mesmo com a exigência de alto desempenho, o pico da demanda de computação costuma acontecer apenas em alguns momentos do funcionamento de sistemas de tempo real [1]. Em sistemas dedicados, onde se tem um maior conhecimento sobre o comportamento das aplicações, tem-se encontrado um palco interessante para a aplicação de técnicas de DVFS em sistemas de tempo real, também chamadas de RT-DVFS.Grande parte dos estudos em RT-DVFS são realizados através de simulações, que possuem resultados restritos, devido a fatores imprevisíveis ou não modelados [2]. Dos trabalhos que desenvolvem implementações reais de suporte a RT-DVFS, comumente as demonstrações ocorrem em sistemas Linux com a adição de módulos ou extensões [1], [3], [4], [2]. O sistema operacional EPOS, onde realizamos nossa implementação, já possui suporte nativo a tarefas de tempo real [5]. Além disso, o EPOSé um sistema operacional que segue a metologia ADESD (Application-Driven Embedded System Design) [6], o que benefecia a proposta configurável e adaptável apresentada neste trabalho devidoà organização orientada a objetos do sistema eà sua natureza não-monolítica.Neste trabalho, utiliza-se o porte do EPOS para a plataforma PXA255, um processador Intel XScale com suporte a DVFS amplamente utilizado. As heurísticas para RT-DVFS Static Voltage Scaling e Cycle-conserving para o escalonador EDF [1] são utilizadas como estudo de caso para avaliação do ambiente criado.O restante do paper está organizado do seguinte modo. A seção II descreve o ambiente experimental utilizado no trabalho. A seção III descreve os algoritmos RT-DVFS implementados para avaliar o sistema. A seção IV realiza uma breve introdução ao sistema EPOS e mostra o funcionamento de seu ambiente de tempo real. Em sequência, a seção V descreve o projeto e implementação da extensão RT-DVFS do E...