实际多处理器平台上的电源管理策略评估

实际多处理器平台贾卜兰·汗·贾敦引用此版本：贾布兰·汗·贾登实际多处理器平台上电源管理策略的评估其他.尼斯索菲亚安提波利斯大学，2013年。英语NNT：2013NICE 4012。电话：00838799HAL Id：tel-00838799https://theses.hal.science/tel-008387992013年6月26日提交HAL是一个多学科的开放获取档案馆，用于存放和传播科学研究文件，无论它们是否已这些文件可能来自法国或国外的教学和研究机构，或来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire尼斯-索菲亚大学ECOLE DOCTORALE STIC信息与通信科学与方法THAPOSE为了获得科学博士deJabranKHAN JADOON实际多处理器平台这是Cécile BELLEUDYNice - Sophia Antipolis -法国国家科学研究院2013年陪审团：Nathalie JulienBretagne-Sud报告员弗朗索瓦·佩舍皮埃尔和玛丽·居里Smail NIARValenciennes et Hainaut-Cambrésis考官Michel AuguinCécile BELLEUDY塞巴斯蒂安·比拉瓦尔法国国家科学研究中心研究主任Maquitre de Conférence，Université de Nice-SophiaAntipolis Maquitre de Conférence，Université de Nice-Sophia Antipolis@khan版权所有尼斯-索菲亚大学ECOLE DOCTORALE STIC信息与通信科学与方法THAPOSE为了获得科学博士deJabranKHAN JADOON实际多处理器平台这是Cécile BELLEUDYNice - Sophia Antipolis -法国国家科学研究院2013年陪审团：Nathalie JulienBretagne-Sud报告员弗朗索瓦·佩舍皮埃尔和玛丽·居里Smail NIARValenciennes et Hainaut-Cambrésis考官Michel AuguinCécile BELLEUDY塞巴斯蒂安·比拉瓦尔法国国家科学研究中心研究主任Maquitre de Conférence，Université de Nice-SophiaAntipolis Maquitre de Conférence，Université de Nice-Sophia Antipolis摘要本研究的目的是探讨如何电源管理策略可以有效地利用在实际的平台。首先，基于多核的嵌入式系统的挑战在于管理能量消耗，确定调度行为和建立方法来监控功率和能量，以满足电池寿命和负载要求的要求。本论文的工作是在单处理器和多处理器平台上研究实际应用中的低功耗策略。用于这项研究的方法是基于代表性的多处理器平台（真实或虚拟），以确定最有影响力的参数，在硬件以及应用程序的水平，不像许多现有的作品中，这些参数往往被低估，有时甚至被忽略。该工作详细分析和比较各种实验与不同的功率策略的基础上动态电压和频率缩放（DVFS）和动态功率开关（DPS）技术，并调查这些政策是有效的节能方面的条件。这些调查的结果揭示了许多有趣和值得注意的结论，可以作为有效使用电源管理策略的先决条件。这项工作还显示了先进的特定领域的电源策略的潜力相比，现实世界中可用的策略是通用的基础上，在他们的大多数。最后，从不同的能量测量结果中推导出一些高层次的功耗模型，以便在系统开发的早期阶段估计电源管理的好处。献给我亲爱的母亲，父亲，兄弟姐妹，给我心爱的妻子马赫鲁克知识分子完成的乐趣之一是回顾过去的旅程，记住所有在这条漫长但充实的道路上帮助和支持我的朋友和家人。我的博士学位的完成需要无数无私的行为的支持，慷慨，和时间的人在我的个人和学术生活。我只能谦卑地承认和感谢在我的博士生涯中给了我这么多帮助的人和机构，使这篇论文成为可能。我感谢巴基斯坦高等教育委员会（HEC）在我的硕士和博士生涯中提供资金。我真诚地感谢小姐。感谢我的顾问Cécile Belleudy，感谢她在我在LEAT工作期间不断给予我宝贵的鼓励、帮助和专业知识。我还要衷心感谢我的共同主管塞巴斯蒂安·比拉瓦尔恩。他对这项研究进行了富有洞察力的讨论。我非常感谢他的科学建议和知识以及许多有见地的讨论和建议。塞西尔·贝勒迪和塞巴斯蒂安·比拉瓦尔恩的指导、友谊和合作丰富了我的学术生活，并对如何理想地进行学术研究和合作留下了深刻的印象。我还要感谢Nathalie Julien教授和François Pecheux教授，他们是我的审稿人，对我的论文进行了全面的阅读和认可。此外，我要感谢Michel Auguin教授和Smail Niar教授成为我的评审团成员。这不是一件容易的事，审查论文，我很感谢他们的详细审查。感谢在各种国际会议上的许多匿名评论者，感谢你们以认真和富有启发性的评论帮助塑造和指导工作的方向。LEAT为研究和探索新思想提供了丰富和肥沃的环境。在LEAT，我首先要感谢Micheal Auguin，他非常支持我在攻读博士学位的同时参加实验室活动。我很感激有机会成为实验室的一员，感谢你像朋友一样欢迎我，并帮助我发展这篇论文的思想。我感谢其他同事对我的研究或重大博士学位里程碑的支持，包括：AlainPegatoquet，Bassem Ouni，Ons Mbarek，Khurram Bhatti和Zeeshan Khan。在我的博士生涯中，我的家人和朋友一直是我无尽的爱和灵感的源泉。如果不是我的父母，Hameedullah Khan和Yasmeen Akhtar，我不会考虑这条路，他们向我灌输了对创造性追求，科学和语言的热爱，并相信我，所有这些都在这篇论文中找到了一席之地。我的父母，谢谢你。我的妻子Mahrukh给予了无条件的理解和鼓励。我的姐妹，Madiha和Rawish，即使在远处，也用他们的幽默和理解让我保持理智。我的兄弟阿吉拉姆和阿赫梅尔在我离家的这些年里一直给予我巨大而无私的支持。我在法国里维埃拉、沙里克、乌斯曼、伊姆兰、萨比尔、乌梅尔、泰穆尔、艾哈迈德、瓦贾哈特、瓦卡斯和阿萨德的朋友们让我在工作之余享受了几个小时的娱乐。我会永远记得和他们一起度过的时光。目录摘要四目录四图八表一览表第一章：导言. 11.1 捐款概要11.2 出版物列表3第2章：电源管理挑战42.1 艺术62.1.1 工作概述和分类72.1.2 动态电源开关（DPS）72.1.3 DVFS技术122.1.4 现有市场标准132.1.4.1 英特尔142.1.4.2 AMD 162.1.4.3 臂172.1.4.4 Linux 192.1.4.5 结论232.1.5 学术研究232.1.5.1 学术研究概况232.1.5.2 低功耗调度252.1.6 结论28IV2.1.7 重点和目标292.2 工作背景312.2.1 问题陈述322.2.2 平台332.2.2.1 ARM 11MPCore 342.2.2.2ARM 1176JZF-S 352.2.2.3QEMU_ARM 1176 372.2.2.4QEMU_CortexA9 382.2.3 电源策略392.2.3.1 DVFS视频电源策略392.2.3.2 低功耗DSF 392.2.3.3 低功耗集成电路40第3章：DVFS视频电源策略423.1 导言. 423.1.1 案例研究：H.264解码器443.1.2 DVFS视频策略描述443.2 DVFS战略实施和实验463.2.1 DVFS战略实施463.2.2 功率和帧速率配置文件473.2.3 能源消耗分析503.3 节能条件的进一步研究513.3.1 虚拟平台上的操作点设置523.3.2 虚拟平台评估3.3.3 结果与讨论543.4 结论. 57v第四章DSF的权力战略4.1 一、导言. 604.1.1 DSF战略614.1.2 应用实例614.2 DSF实施和实验644.2.1 DSF执行644.2.2 65单片机实验4.2.3 应用参数的实验674.3 结果与分析694.3.1 多处理器节能694.3.2 结果分析704.4 结论71第五章：霸权战略745.1 导言. 745.1.1 Assumption Strategy（Assumption战略）755.1.2 应用实例765.2 Asphalt实施和实验785.2.1 AssumptionImplementation（Assumption实施）785.2.2 节能795.2.3 分析结果825.3 DSF和Asphalt 835.3.1 DSF 83的能量增益5.3.2 结果比较与分析855.4 结论87vi第六章：全球分析和结论906.1 电源管理效率906.1.1 工作点的特性916.1.1.1 操作点效率低下916.1.1.2 操作点对节能的影响926.1.2 改变状态的实验936.1.3 应用级条件946.1.4 特定领域战略956.1.5 DVFS与DPS 966.1.5.1 DSF与阿斯彭966.1.5.2 DVFS与DPS 976.2 电源型号976.2.1 DVFS视频策略986.2.2 DSF 996.2.3 阿斯彭1006.3 结论与展望1016.3.1 观点103VITA 104参考书目105附录AVII图目录图2.1：全球系统电源状态和转换。[9]第九章图2.2：带有ACPI子系统的电源管理模型。[9] 11图2.3：ARM的智能能源管理解决方案。[22]第十九章图3.1：adaptation_constraint为8 fps时的功率和帧速率配置文件48图3.2：adaptation_constraint为9 fps时的功率和帧速率配置文件48图3.3：adaptation_constraint为11 fps时的功率和帧速率配置文件49图3.4：adaptation_constraint为16 fps时的功率和帧速率配置文件49图3.5：QEMU平台的频率和负载功耗52图3.6：能源消耗与适应性约束55图3.7：不同平台配置图4.1：H.264 Encoder 63图4.2：示例1在不同平台上的能量增益百分比66图4.3：能量增益百分比与应用参数68图4.4：QEMU_ARM1176（蓝色）和QEMU_CortexA9（绿色）平台上不同应用和平台配置的能量增益69图5.1：实施例6在QEMU平台上的能量增益80图5.2：实施例7在QEMU平台上的能量增益80图5.3：QEMU平台上H.264编码器的能量增益81图5.4：QEMU平台图5.5：QEMU_ARM1176上不同示例的Asynchronous与DSF能量增益。.......................................................................................................................................... 85图5.6：QEMU_CortexA9上不同示例的Asynchronous与DSF能量增益。.......................................................................................................................................... 86VIII图目录图6.1：基于DVFS的视频电源策略的能量模型。.......................................................98图6.2：DSF电源策略的能量模型。..............................................................................99图6.3：Asphalt策略的能量模型。...............................................................................100IX表2.1英特尔M处理器支持的性能状态[14] 13表2.2：低功耗AMD-K6TM2 E+处理器支持的电压和频率[20]17表3.1：ARM 1176 JZF-S 51表3.2：视频Foreman的频率与能量（300帧）54表3.3：QEMU平台不同配置的频率和负载功耗......................................................... 55表4.1：用于DSF策略实验的示例62表4.2：实施例1在ARM 1176 JZF-S和QEMU_ARM1176平台表4.3：QEMU_ARM1176和QEMU_CortexA9平台的功率曲线71表5.1：用于Asphalt策略实验的示例76表5.2：实施例5在QEMU平台表5.3：H.264Encoder......................................................................................................82的表5.4：QEMU平台在最大频率下的空闲与负载功率水平。..................................... 83X表的列表本论文部分由COMCAS项目（CA 501）资助，该项目在CATRENE框架内标记，EUREKA集群在欧洲纳米电子学应用和技术研究;部分由HEC巴基斯坦根据MS/MPHIL海外奖学金计划在选定领域（第二阶段，第二批）获得博士学位。Xi