Aufgabe : Low Power Design

Transkript

1 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 1 Aufgabe : Low ower Design (maximal 24 unkte) 1: Dynamic ower Management (DM) (maximal 24 unkte) Gegeben ist ein Microcontroller, der über einen energiesparenden SLEE-Zustand verfügt (siehe Abbildung). Für das Hochfahren des rozessors, die Bearbeitung einer Task sowie für das Herunterfahren werden jeweils genau die Zeiten t U, t TASK und t benötigt. Demgegenüber sind beliebige Aufenthaltszeiten in den Zuständen SLEE und möglich. Die Übergänge zwischen den einzelnen Zuständen erfolgen ohne Zeitverzögerung, d.h. die Leistung ändert sich sprungartig. t TASK = 100 ms t U U = 50 ms t = 25 ms sleep SLEE = 0.09 mw Zum Zeitpunkt t = 0 befindet sich der rozessor im SLEE-Zustand. Es treten nun zu den Zeiten t = it, i {0,1, 2,...} Interrupts auf, die dem rozessor die Ankunft von Tasks signalisieren. Die Constraints C1, C2 und C3 sind wie folgt gegeben: Constraint C1 : Unmittelbar nach einem Interrupt muss der rozessor in den Zustand wechseln und den Task ausführen (gegebenenfalls über den U-Zustand). Constraint C2 : Unmittelbar nach Beendigung des Tasks (d.h. nach t TASK ) muss der rozessor über den Zustand in den SLEE Zustand wechseln. Constraint C3 : Der rozessor muss den durch den i-ten Interrupt ausgelösten Task spätestens beim Eintreffen des (i + 1)-ten Interrupts beendet haben.

2 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 2 Es werden die Schedules S1, S2 und S3 betrachtet, für die jeweils eine Kombination von Constraints gemäss der untenstehenden Tabelle gilt. In den folgenden Teilaufgaben sollen die Schedules S1, S2 und S3 unter den gegebenen Constraints konstruiert werden, sodass der Energieverbrauch minimiert wird. Bitte beachten Sie, dass eine Markierung in der Tabelle bedeutet, dass ein Constraint bei einem gegebenen Schedule gültig ist. Als Beispiel muss bei Schedule S1 sowohl Constraint C1 als auch C2 eingehalten werden. Schedule Schedule Schedule S1 S2 S3 Constraint C1 Constraint C2 Constraint C3 (a) (4 unkte) Es gelte T = 200ms. Zeichnen sie sowohl die Zustandsfolge sowie den Leistungsverbrauch von Schedule S1 in die vorbereiteten Diagramme ein. U SLEE Zustandsfolge S1 Leistungsverbrauch S1 sleep

3 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 3 U SLEE Zustandsfolge S1 Leistungsverbrauch S1 sleep (b) (4 unkte) Für die Energieversorgung wird eine Energiequelle mit E bat = 1,3 kj eingesetzt. Wie gross darf unter sonst gleichen Bedingungen die eriode T maximal sein, damit Schedule S1 mindestens Tasks bearbeiten kann? Was lässt sich dann über die maximale Betriebsdauer des rozessors aussagen? = 1.2mW T = 175ms T = 1050J Tsl = 250J sleep = ms T = Tsl + T T ms Betriebsdauer max = T 42, 2775 Tage

4 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 4 (c) (5 unkte) Es gelte T = 200ms. Zeichnen sie sowohl die Zustandsfolge sowie den Leistungsverbrauch von Schedule S2 in die vorbereiteten Diagramme ein. U SLEE Zustandsfolge S2 Leistungsverbrauch S2 sleep U SLEE Zustandsfolge S2 Leistungsverbrauch S2 sleep

5 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 5 (d) (3 unkte) Es bezeichnet E 1 (E 2 ) den mittleren Energieverbrauch pro eriode T von Schedule S1 (S2). Bestimmen sie die Energiedifferenz E = E 1 E 2 für T = 200ms. E = ( sleep )(t U (T t U t TASK t )) µJ (e) (3 unkte) Wie gross darf unter sonst gleichen Bedingungen die eriode T maximal sein, damit Schedule 2 gegenüber Schedule 1 Energie einsparen kann, d.h. E > 0 gilt? (t U (T t U t TASK t )) > 0 50ms (T 175ms) > 0 T < 225ms

6 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 6 (f) (5 unkte) Es gelte T = 200ms. Zeichnen sie sowohl die Zustandsfolge sowie den Leistungsverbrauch von Schedule S3 in die vorbereiteten Diagramme ein. Welche Nachteile weist Schedule S3 gegenüber den Schedules S1 und S2 auf? U SLEE Zustandsfolge S3 Leistungsverbrauch S3 sleep

7 Uebungsaufgabe Eingebettete Systeme Lösungsvorschlag Seite 7 U SLEE Zustandsfolge S3 Leistungsverbrauch S3 sleep Nachteile von Schedule S3: Erhöhte Reaktionszeiten auf Interrupts; Verletztung des Constraints C3 möglich bei schwankenden Bearbeitungszeiten t TASK oder bei Interrupts mit Jitter (keine Reservezeit vorhanden).