混合关键需求下的汽车软件功能调度方法研究

Towards the trend of integrating the growing ECU and multi-criticality software functionalities into the automotive system, the efficient scheduling algorithm is the core technique that guarantees the high working performance of software-hardware. Based on the platform of the heterogeneous distributed system, this project studies the scheduling approaches for automotive software functionality with mixed-criticality requirements, and applies the proposed scheduling algorithms to the AutoSAR-based automotive system. To this end, we are going to study the following topics: (1) A holistic system model on heterogeneous distributed processor network, mixed-criticality directed-acyclic graph functionality and mixed-criticality performance requirements; (2) Develop mixed-criticality scheduling approaches based on the real-time calculus theory, including the quantitive discription on the worst-case behavior of automotive software functionality, scheduling algorithms for the worst-case behavior, real-time monitoring and predicting techniques and fast adaptive mixed-criticality scheduling algorithms; (3) Performance analysis of mixed-criticality scheduling algorithms on the automotive heterogeneous distributed ECU platform. The theoretical results and technical solutions of this project can promote the development of automobile products to be lightweight, intelligent and network, which is in line with the requirements of mid-term and long-term development plan of China's automobile industry.

面对集成在汽车上日益增多的ECU和具有不同关键级的软件功能，高效的调度算法是保障系统软硬件运行效率的核心技术。本项目拟以异构分布式处理器网络为平台基础，研究在其系统上的具有混合关键性能需求的汽车软件功能调度这一新问题，并将调度算法应用到基于汽车开放架构的汽车电子系统上。为达此目的，拟开展如下几个方面的研究：(1)基于异构分布式处理器网络、混合关键功能有向无环图、软件功能运行性能混合关键需求的建模；(2)基于实时微积分理论的混合关键系统调度方法，包括汽车软件功能最差行为定量描述、软件功能最差运行情况下的调度算法、软件功能的实时在线监督与预测技术和快速自适应混合关键系统调度算法；(3)在汽车异构分布式ECU平台上的混合关键系统调度算法应用效果分析。此项目的理论成果和技术方案可促进汽车产品加快向轻量化、智能化和网络化方向发展，符合我国汽车产业中长期发展规划的需求。

面对集成在汽车上日益增多的ECU和具有不同关键级的软件功能，高效的调度算法是保障系统软硬件运行效率的核心技术。本项目以异构分布式处理器网络为平台基础，研究在其系统上的具有混合关键性能需求的汽车软件功能调度这一新问题，并将调度算法应用到基于汽车开放架构的汽车电子系统上。主要开展了如下几个方面的研究：.(1) 基于实时微积分理论的混合关键调度算法：面向动态随机触发的软件功能，采用实时微积分理论方法推导出汽车软件功能动态执行过程的最差情况，并设计能在最坏情况下满足软件功能混合关键需求的调度方案。利用实时微积分理论的动态计数器方法对功能的触发和执行进行监督与预测，在线推导各软件功能未来负载量的上界，实时调整系统计算资源分配策略，在保障系统运行安全的同时最大化各软件功能的服务质量；.(2) 异构处理器网络系统性能优化技术：围绕分布式异构计算环境中的独立任务和相关任务问题，对任务排序和任务调度两个环节进行优化，以任务计算代价的二次方差以及平均通信开销作为任务排序的依据，而任务调度阶段，对满足条件的节点进行任务复制，可以充分利用分布式异构环境下的计算资源、缩短任务调度的跨度、提高分布式异构系统的性能、满足各任务运行稳定性的同时保证所需的计算资源最小；.(3) 基于汽车安全完整等级分解机制的任务调度算法：针对汽车软件功能运行的实时性与可靠性要求，结合ISO 26262国际标准提供的汽车安全完整性等级分解选项，将此问题建模成一个带约束的非线性混合整型规划问题，对每个任务进行安全分解评估推导出调度方案转移方程，采用近似动态规划法搜索次优解，运用局部优化法来迅速调整调度策略，提高了求解速度和求解效果。.项目的理论成果和技术方案可促进汽车产品加快向轻量化、智能化和网络化方向发展。