Power Optimization under Performance Constraints for Periodic Tasks with Soft Deadlines

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2019-08-19
Department
Major/Subject
Computer Science
Mcode
SCI3042
Degree programme
Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences
Language
en
Pages
56
Series
Abstract
This thesis aims to find the best power manager for a system where a single device is connected to multiple external devices through a shared blocking communication line. We consider a scenario where the external devices send periodic messages. The device we examine can transition between different run and sleep modes whereas the external devices stay in a predetermined run mode when active and in a predetermined sleep mode during inactive sections. We aim to minimize the power consumption of the entire system by utilizing the different power modes. We construct different power managers that control the power mode transitions. We perform measurements on an example microcontroller to acquire the necessary characteristics of the device. We measure the current consumption and the communication bus speed in different run and sleep modes along with the transition times between different power modes. We use these values to analyze the different power managers we propose. We present six different power managers. Each of the power managers use a different technique to decide which power modes to use. We present the different power managers and give algorithms to calculate the power mode schedules. Then we compare the power managers using example systems and using the device characteristic from the microcontroller we measure. We find that the power savings for the microcontroller we is use is modest, about 10 percent at most. Only the most efficient power manager displays this power saving. This power manager is also the most complex. The simpler power managers display a lower power saving, in the range of single percent savings. The default power manager which the comparisons are done against is a system which uses one run mode and one sleep mode and always enters a sleep mode when inactive.

Tämän diplomityön tavoite on löytää paras virranhallintajärjestelmä systeemille, missä yksi laite on yhdistetty moneen ulkopuoliseen laitteeseen yhteisen jaetun kommunikaatioväylän kautta. Me tarkastelemme systeemiä, missä ulkoiset laitteet lähettävät jaksollisia viestejä. Tarkastelemamme laite voi siirtyä eri prosessointitilojen välillä, kun taas ulkopuoliset laitteet pysyvät tietyssä ennaltamäärätyssä prosessoritilassa ollessaan aktiivisia ja ovat muuten tilassa, jossa virrankulutus on nolla. Meidän tavoite on minimoida virrankulutus koko systeemissä käyttämällä eri prosessoritiloja. Me luomme erilaisia virranhallintajärjestelmiä, jotka hallitsevat siirtymät prosessoritilojen välillä. Suoritamme mittauksia esimerkkimikrokontrollerille, jotta saamme tarvittavat laitteen ominaisuudet. Me mittaamme virrankulutusta prosessorin eri suoritusmoodeissa ja mittaamme siirtymäajat eri suoritusmoodien välillä. Käytämme näitä mitattuja arvoja meidän esittämien virranhallintajärjestelmien analysointiin. Me esitämme kuusi erilaista virranhallintajärjestelmää. Ne käyttävät eri tekniikoita päättämään mitä suoritusmoodia käytetään milloinkin. Me esitämme jokaisen virranhallintajärjestelmän ja annamme jokaiselle algorithmin, jolla voi laskea suoritusmoodiaikataulun. Me vertaamme virranhallintajärjestelmiä käyttämällä erilaisia esimerkkisysteemejä, joissa käytämme mikrokontrollerista mittaamiamme arvoja. Me huomaamme, että virransäästö käyttämällämme mikrokontrollerille on vaatimaton, noin 10 prosenttia maksimissaan. Vain kaikkein tehokkain virranhallintajärjestelmä saa tämän säästön. Tämä järjestelmä on myös kaikkein monimutkaisin. Yksinkertaisemmat virranhallintajärjestelmä säästävät vähemmän virtaa, suunnilleen muutaman prosentin luokkaa. Nämä virrankulukset ovat verrattuna virranhallintajärjestelmään, joka käyttää samaa suoritusmoodia aina ollessaan aktiivinen ja toista suoritusmoodia aina kun ei ole mitään prosessoitavaa.
Description
Supervisor
Hirvisalo, Vesa
Thesis advisor
Marjamaa, Jani
Keywords
embedded, power management, low power, dynamic power management, dynamic frequency scaling
Other note
Citation