Dynamic voltage scaling (DVS) technique has become a widely-studied method for building energy efflcient real-time embedded systems, however, little effort has been made to use them for building energy-aware control system. In this dissertation, various approaches are made to apply DVS techinique in design of control systems. A problem that may occur while trying to schedule conventional control task on a DVS scheduler is introduced. Previous performance index used in control system has been extended to include both control performance and processor energy consumption to measure overall performance of proposed design methods. First approach is to assign a task period for each control task to be scheduled on a conventional DVS scheduler that results in best overall performance for given environmental constraints. This method is an offline heuristic method which is much faster in finding solution than full search simulation method. Second approach also considers use of conventional DVS scheduler, but seeks for online performance enhancement through use of adaptive periods for scheduled control tasks. Third approach is different from previous two in that new online scheduling algorithm is proposed that schedules processor voltage as well as control task period at the same time. Proposed methods are verified through software simulation using MATLAB with True- Time simulator and through experiment on actual hardware using proposed DVS Control System middleware.
동적 전압 조절 기법(Dynamic Voltage Scaling: DVS)은 실시간 내장형 시스템의 프로 세서 전력 소모를 줄이기 위해 널리 연구되는 방법이지만, 제어 시스템의 설계에 있어서는 이 기법이 적용된 바가 없다. 이 논문에서는 동적 전압 조절 기법을 제어 시스템의 설계에 사용하기 위한 방법들이 제안되었다. 먼저 제어 태스크들을 기존에 제안된 DVS 스케줄러에 동작시킬 경우에 발생할 수 있는 문제들이 제기되었으며, 기존에 제어 시스템의 분석에 사용되던 성능 지표를 확장하여 제어 성능과 프로세서의 에너지 소모량을 모두 고려하도록 하였다. 제안된 첫 번째 방법은 기존의 DVS 스케줄러를 이용하는 제어 태스크의 제어 주기를 선정하는 방법이다. 이 방법은 오프라인 시뮬레이션으로 최적해를 찾는 방법보다 훨씬 빠른 시간에 답을 찾을 수 있다는 장점을 갖는다. 두 번째 방법 역시 기존의 DVS 스케줄러를 사용하는 방법으로, 각 제어 태스크로 하여금 적응형 제어주기(adaptive period)를 갖도록 설계하여 온라인 상에서 좀 더 프로세서의 에너지 효율을 꾀할 수 있는 방법이다. 세 번째 방법은 접근방법을 달리하여 제어 태스크 입장이 아닌 스케줄러 입장에서 프로세서의 전압과 제어 태스크의 주기를 동시에 스케줄링 하기 위한 방법이다. 제안된 설계 방법들은 MATLAB을 이용한 TrueTime 시뮬레이터와 제작된 DVS 하드웨어 상에서 실험이 용이하도록 직접 제안한 DVS-CS 미들웨어를 이용하여 검증하였다.
