一种物联网计算任务调度系统及其方法

本发明公开了一种物联网计算任务调度系统及其方法，该系统包括：启动模块，用于启动节点，主处理器模块执行前多个任务并统计所述前多个任务执行一次的执行时间及任务触发情况；任务触发频率预测模块，根据所述任务触发情况预测未来一段时间的任务触发频率；任务参数测量模块，根据所述前多个任务测量得到任务切换算法模块所需要的多个参数；任务切换算法模块，根据所述任务触发频率及所述多个参数，评估下一个计算任务的最佳执行方式是硬件任务还是软件任务；协处理器模块，执行所述硬件任务；主处理器模块，执行所述软件任务。本发明利用协处理器模块与主处理器模块各自的优点，在保证系统实时性的同时，使节点整体功耗最低。

1.一种物联网计算任务调度系统，其特征在于，包括：启动模块，用于启动节点，主处理器模块执行前多个任务并统计所述前多个任务执行一次的执行时间及任务触发情况；任务触发频率预测模块，用于根据所述任务触发情况预测未来一段时间的任务触发频率；任务参数测量模块，用于根据所述前多个任务测量得到任务切换算法模块所需要的多个参数；任务切换算法模块，用于根据所述任务触发频率及所述多个参数，评估下一个计算任务的最佳执行方式是硬件任务还是软件任务；协处理器模块，用于执行所述硬件任务；主处理器模块，用于执行所述软件任务；其中所述多个参数包括软件任务执行一次所需时间、软件任务执行功率、主处理器休眠功率、硬件任务传输时延、硬件任务执行一次所需时间、硬件任务执行功率、协处理器休眠功率、协处理器配置计算任务所需功耗、计算任务触发频率、硬件任务相对软件任务的加速比。
2.如权利要求1所述的物联网计算任务调度系统，其特征在于，所述任务触发频率预测模块包括：短时预测模块，用于在所述协处理器模块处于休眠态时，根据当前任务触发时间与前一任务触发时间差计算得到任务调度的任务触发频率；长时预测模块，采用在所述协处理器模块处于关闭态时，在实施预测算法前预设一个时间初始值用于估计触发频率的阀值，根据所述阀值和所述短时预测模块的时间差迭代调整时间初始值，然后通过计算得到任务调度的任务触发频率。
3.根据权利要求1所述的物联网计算任务调度系统，其特征在于，所述任务切换算法模块包括：硬件任务切换模块，用于当预测的任务触发频率导致所述协处理器模块长期无法通过所述硬件任务实时完成时，将所述计算任务切换成所述软件任务由所述主处理器模块执行，同时关闭所述协处理器模块；软件任务切换模块，用于当预测的任务触发频率导致所述主处理器模块无法通过所述软件任务实时完成时，开启所述协处理器模块，将所述计算任务切换成所述硬件任务并由所述协处理器模块执行；选择任务切换模块，用于当所述主处理器模块和协处理器模块都可以完成计算任务时，选择执行计算任务功耗低的最佳执行任务方式。
4.根据权利要求3所述的物联网计算任务调度系统，其特征在于，所述选择任务切换模块中：若所述主处理器模块执行计算任务功耗比所述协处理器模块执行计算任务功耗低时：如果计算任务在所述协处理器模块中执行，则将所述硬件任务切换所述软件任务由所述主处理器模块执行，所述协处理器模块休眠；如果计算任务在所述主处理器模块中执行，则不切换任务；若预测到所述主处理器模块长期执行计算任务功耗较低，则关闭所述协处理器模块；若所述协处理器模块执行计算任务功耗比所述主处理器模块执行计算任务功耗低时：如果计算任务在所述协处理器模块中执行，则不切换任务；如果计算任务在所述主处理模块中执行，则将软件任务转换成硬件任务由所述协处理器模块执行。
5.根据权利要求1所述的物联网计算任务调度系统，其特征在于，所述任务切换算法模块中：需要切换计算任务成硬件任务由所述协处理器模块执行时，若所述协处理器模块处于关闭状态时，需要先完成所述协处理器模块的配置，在所述协处理器模块配置过程中，使所述主处理器模块休眠，配置完成后，唤醒所述主处理器模块，硬件任务根据所述主处理器模块的指令执行相关操作，若任务触发频率一直导致所述主处理器模块无法通过所述软件任务实时完成，则所述协处理器模块休眠，当新的计算任务到来时所述协处理器模块快速进入计算状态，同时所述主处理器模块继续执行预测算法，并根据硬件任务的完成情况实时调整预测算法所需参数。
6.根据权利要求3所述的物联网计算任务调度系统，其特征在于，所述选择任务切换模块中：通过计算任务调度算法计算触发频率的阀值，当任务触发频率大于所述阀值时，所述协处理器模块执行计算任务功耗比所述主处理器模块执行计算任务功耗低；当任务触发频率小于所述阀值时，所述主处理器模块执行计算任务功耗比所述协处理器模块执行计算任务功耗低。
7.根据权利要求2所述的物联网计算任务调度系统，其特征在于，所述长时预测模块包括：迭代调整模块，用于统计所述短时预测模块的时间差连续大于所述时间初始值的时间，然后用该时间与所述时间初始值求平均值，并根据该平均值计算触发频率阀值，通过该触发频率阀值计算任务触发频率。
8.一种物联网计算任务调度方法，其特征在于，包括：步骤1，节点启动后的前多个任务由主处理器执行，并统计所述前多个任务执行一次的执行时间及任务触发情况；步骤2，根据所述任务触发情况预测未来一段时间的任务触发频率；步骤3，根据所述前多个任务测量得到任务切换算法所需要的多个参数；步骤4，根据所述任务触发频率及所述多个参数，评估下一个计算任务的最佳执行方式；步骤5，根据所述最佳执行方式，如果执行硬件任务，则切换到协处理器执行任务，如果执行软件任务，则切换到主处理器执行任务；其中所述多个参数包括软件任务执行一次所需时间、软件任务执行功率、主处理器休眠功率、硬件任务传输时延、硬件任务执行一次所需时间、硬件任务执行功率、协处理器休眠功率、协处理器配置计算任务所需功耗、计算任务触发频率、硬件任务相对软件任务的加速比。
9.根据权利要求8所述的一种物联网计算任务调度方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤21，当所述协处理器模块处于休眠态时，进行短时预测，即根据当前任务触发时间与前一任务触发时间差计算得到任务调度的任务触发频率；步骤22，所述协处理器模块处于关闭态时，进行长时预测，即在实施预测算法前预设一个时间初始值用于估计触发频率的阀值，根据所述阀值和所述短时预测模块的时间差迭代调整时间初始值，然后通过计算得到任务调度的任务触发频率。
10.根据权利要求8所述的一种物联网计算任务调度方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤51，当预测的任务触发频率导致所述协处理器长期无法通过硬件任务实时完成时，将所述计算任务切换成所述软件任务并由所述主处理器执行，同时关闭所述协处理器；步骤52，当预测的任务触发频率导致所述主处理器无法通过软件任务实时完成时，开启所述协处理器，将所述计算任务切换成所述硬件任务并由所述协处理器执行；步骤53，所述主处理器和协处理器都可以完成计算任务时，选择执行计算任务功耗低的最佳执行任务方式。
11.根据权利要求10所述的物联网计算任务调度方法，其特征在于，所述步骤53中：若所述主处理器执行计算任务功耗比所述协处理器执行计算任务功耗低时：如果计算任务在所述协处理器中执行，则将所述硬件任务切换所述软件任务由所述主处理器执行，所述协处理器休眠；如果计算任务在所述主处理器中执行，则不切换任务，若预测到所述主处理器长期执行计算任务功耗较低，则关闭所述协处理器；若所述协处理器执行计算任务功耗比所述主处理器执行计算任务功耗低时：如果计算任务在所述协处理器中执行，则不切换任务；如果计算任务在所述主处理中执行，则将软件任务转换成硬件任务由所述协处理器执行。
12.根据权利要求8所述的物联网计算任务调度方法，其特征在于，所述步骤5中：需要切换计算任务成硬件任务并由所述协处理器执行时，若所述协处理器处于关闭状态时，需要先完成所述协处理器的配置，在所述协处理器配置过程中，使所述主处理器休眠，配置完成后，唤醒所述主处理器，硬件任务根据所述主处理器的指令执行相关操作，若任务触发频率一直导致所述主处理器无法通过软件任务实时完成，则所述协处理器休眠，当新的计算任务到来时所述协处理器快速进入计算状态，同时所述主处理器继续执行预测算法，并根据硬件任务的完成情况实时调整预测算法所需参数。
13.根据权利要求10所述的物联网计算任务调度方法，其特征在于，所述步骤53中：通过计算任务调度算法计算触发频率的阀值，当任务触发频率大于所述阀值时，所述协处理器模块执行计算任务功耗比所述主处理器模块执行计算任务功耗低；当任务触发频率小于所述阀值时，所述主处理器模块执行计算任务功耗比所述协处理器模块执行计算任务功耗低。
14.根据权利要求9所述的物联网计算任务调度方法，其特征在于，所述步骤22中的迭代调整过程为：统计所述短时预测模块的时间差连续大于所述时间初始值的时间，然后用该时间与所述时间初始值求平均值，并根据该平均值计算触发频率阀值，通过该触发频率阀值计算任务触发频率。