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数控系统是一种典型的实时系统,是数控机床的核心技术。近年来,数控系统朝着高速、高精方向发展,这对数控系统提出了更高的要求,不仅要在规定的时间内完成任务,而且要保证任务的顺利完成,更重要的是当执行的任务出现错误时,能够及时的响应,确保出错的任务也能够顺利的完成执行,以确保系统的正确性。随着数控系统的不断完善,功能的日益增多,数控系统的能耗也随之增长。此外,随着超大规模集成电路技术的快速发展,CMOS电路的尺寸越来越小,系统能耗则越来越高。高能耗带来的高热量会影响处理器的寿命,过高的温度会导致系统发生故障的可能性增加,进而影响到系统可靠性。此外,高能耗会增加系统的冷却成本,提高了产品的生产成本,降低了产品的竞争力。最后,高能耗会造成资源的浪费,对环境也会造成影响。因此,能耗成为数控系统设计的瓶颈。本学位论文以数控系统为研究背景,分析数控系统任务的特点,将经典的实时调度理论与低功耗技术结合起来,在现有的低功耗实时调度算法的基础上,提出针对性更强、功耗更低、可靠性更高的低功耗实时调度算法,以解决当前日益严重的能耗问题。具体研究内容如下:1.针对相互独立的周期任务模型,提出了时间复杂度为nO)(的基于最早截止期限优先调度策略的周期任务低功耗调度(DSTRA)算法和离散频率周期任务节能调度(DSTRA_AD)算法。DSTRA算法考虑了处理器的通用功耗模型,利用高优先任务提早完成产生的空闲时间以及低优先级任务产生的空闲时间,降低系统能耗。DSTRA_AD算法以DSTRA算法为基础,利用相邻速度的策略执行任务,使其能够适应处理器提供离散速度的情形。在给出算法的伪代码之后,对其可行性进行分析,通过仿真实验验证所提算法的性能。2.针对相互独立的偶发任务模型,提出了动态偶发任务低功耗调度(DSTLPSA)算法。DSTLPSA算法能够动态地利用任务产生的空闲时间,调节处理器的运行速度,并且在处理器处于空闲状态时,能够适时地利用动态功耗管理(DPM)技术,将其切换到休眠状态,以减少系统能耗。DSTLPSA算法假设任务之间是相互独立的,然而在真实的实时系统中,任务之间因为共享资源,存在着相互的依赖关系。此外,DSTLPSA算法简化了任务的执行时间与处理器速度的关系,假设它们之间成线性关系。由于任务访问主存以及I/O设备,任务的执行时间与处理器速度不成线性关系。针对这些不足,提出了资源限制的动态偶发任务低功耗调度(DSTSASR)算法。DSTSASR算法考虑了偶发任务之间的资源共享问题和处理器速度切换的开销,并且使用修改的动态优先级调度策略(EDF/DDM)调度任务集,通过建立空闲时间队列,回收并且利用任务的空闲时间,降低系统能耗。3.针对数控系统混合任务的调度需求,提出了常带宽服务器混合任务低功耗调度(CBSMTLPSA)算法。该算法基于常带宽服务器,利用最早截止期限优先调度策略调度任务,将DPM技术和动态电压缩放(DVS)技术结合起来,降低系统能耗。在给出CBSMTLPSA算法的伪代码描述后,对该算法的可行性进行分析,通过仿真实验验证该算法的性能。4.针对资源限制的周期任务模型,提出了资源限制的周期任务可靠性低功耗调度(DLPSR)算法。DLPSR算法不仅考虑了处理器速度对系统可靠性的影响,而且能够回收任务提早完成所产生的空闲时间,以及预留给恢复任务没有使用的时间,在改善系统可靠性的同时,降低系统能耗。