一種基于活躍態的動態電源管理預測算法

摘要：提出一種基于活躍態的動態電源管理預測算法，充分利用了活躍態和空閑時間段的關系，并且加入動態自適應調節因子，不僅對較大變化的時間段預測誤差小，而且能快速調整適應工作負載的變化。實驗表明該算法優于傳統算法。

關鍵詞：動態電源管理； 預測算法； 超時算法； 節能

中圖分類號：TP301.6文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)07－0058－03

0引言

隨著多媒體技術和Internet的迅猛發展，采用電池供電的數碼掌上設備和無線設備越來越普及。如何使用有限的能量滿足盡可能多的應用需求，也即節能技術，成為嵌入式設計人員的重要目標。要實現節能，首先要研究和設計低功耗的硬件電路[1]。然而僅使用低功耗的硬件是不夠的，還必須從軟件層次來進行管理。當系統中運行的任務需要連續使用設備但又不需要最大性能運行時，可以通過調節電壓或頻率來達到節能的目的，稱為動態電壓調節（DVS）[2]。另一種節能技術是在設備空閑時把設備置為低功耗狀態或者直接關閉，當有請求到來時再置為運行狀態，稱為動態電源管理（DPM）[3]。

2預測算法設計

2．1問題的提出

文獻[7]中提出的預測算法雖然能根據負載自動調整，但是也存在以下問題：

（1）式（2）中的a值是常量，需要根據實驗結果手工調整；負載變化大時可能對應的a值不同。

3實驗及數據分析

該實驗所采用的平臺是FreeScale M5275EVB開發板和嵌入式操作系統eCos，修改了其中的網卡驅動以進行檢測空閑狀態和實現算法。實驗中并不直接關閉網絡芯片，而是模擬關閉，對預測得到的值進行分析計算，并對幾種常見算法進行比較。在實驗中，取m＝1．5，k＝0．99。

本文采用了以下幾種度量方法：

（1）誤差率(Error Ratio)

(2)命中率(Hit Ratio)

定義命中為兩種情況：①不該關閉時沒有關閉；②應該關閉時關閉了。其余的情況屬于沒有命中?；诔瑫r算法的真實空閑時間段從TW后開始算起。應該關閉的情況是指真實值大于TBE，關閉才會節省能量；否則不僅能耗比正常運行時的高，還會帶來性能下降。所以命中只表示沒有浪費能量，并不一定能節省能量。

（3）節省的能量(Energy Saving)

該實驗只是模擬實驗，沒有實施具體的硬件關閉操作，所以能耗是通過計算得出的。計算方法是處于關閉狀態的時間減去TBE。如果在真實空閑時間段小于TBE而被錯誤地關閉的話，得到的將是負值，表示有能量的浪費。計算每次關閉所節省的能量，累加得到節省的總能量。為了方便對比，把得到的值以該算法為基準進行標準化。

在實驗中，使用以上三種度量方法比較了超時檢測法Karlin[8]、預測算法Hwang[7]和本文算法APB。超時法不存在誤差率的概念，沒有進行對比。

圖3是Hwang[7]算法和本文算法的誤差率曲線?？梢钥闯觯臻e時間段22~83跳變以及30~10跳變時，Hwang算法產生了較大的誤差；由于以活躍態作參考，本文算法在一定程度上降低了誤差率?？傮w看來，本文算法的誤差率比Hwang算法更加平穩。表1是三種算法平均誤差率、命中率和節省能量的對比。從表中可以看出，本文算法并沒有顯著地提高命中率，這主要與TBE大小有關。由于提高了預測準確率，節省了更多的能量。

4結束語

傳統的動態電源管理預測算法由于沒有考慮到活躍態對

空閑時間段的影響，對有較大變化的空閑時間段預測的誤差較大，而且工作負載變化時調整得比較緩慢。

本文所提出的算法利用了活躍態與空閑態的關系，根據活躍態預測即將到來的空閑時間段，從一定程度上降低了誤差率；引入了動態自適應因子a，在負載變化時可以迅速地調節到一個合理的范圍。由于本算法的特點，m值是固定的，也就是最大調節幅度固定，對突然到來的短時間空閑時間段預測比較準確，而對長時間空閑時間段的預測準確度不夠。這是該算法有待改進的地方。

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