嵌入式系统功耗管理研究与实现

发布时间：2020-03-27 12:30

【摘要】：随着计算机应用的迅速发展,嵌入式系统深入到生产生活的各个领域,尤其是在电池电量有限的便携式设备中应用日趋广泛。伴随着嵌入式系统性能的飞速提高、处理器工作频率的不断上升以及外围设备数量的快速增长,嵌入式系统功耗也迅速增加,而与此同时电池容量的发展速度明显滞后。因此,嵌入式系统高性能与有限的电池电量之间的矛盾越来越突出,功耗管理已经成为嵌入式系统设计的热点,越来越为系统设计者所考虑。为解决上述矛盾,论文着手研究并改进现有系统级的功耗管理框架,主要目标是在嵌入式Linux系统中设计并实现一套较为全面和灵活的动态功耗管理体系。论文首先介绍了嵌入式系统低功耗技术和功耗管理技术。其次根据论文目标对系统功耗管理进行设计与实现,即硬件层、操作系统层以及应用程序层设计与实现。 1.硬件层是系统运行的物质平台及功耗管理的具体实现者,包括处理器和外围设备。论文介绍了针对不同器件的特点如何采用各类低功耗技术,这些技术主要包括：门控时钟技术,动态电压缩放DVS技术,动态功耗管理DPM技术。 2.操作系统层是系统功耗管理的核心,功耗管理策略、外围设备功耗管理和系统运行状态调度等部分均在该层实现。在操作系统层设计与实现中采用运行状态调度程序实现功耗管理,调节处理器的工作频率和电压,降低功耗；通过驱动程序检测控制外围设备状态并作为选择执行点条件；引入了先进的功耗策略结构,使其可以为嵌入式系统提供灵活的功耗管理策略；设置功耗管理机制相关的API接口,使应用程序可以根据具体应用利用这些接口完成功耗管理任务。 3.应用程序层是根据嵌入式系统特殊应用设定的系统功耗管理调度程序,可以采用不同DPM和DVS调度算法实现系统真正的功耗管理任务。最后,给出了一个嵌入式系统功耗管理的实现方案,并在设计的系统功耗管理调度程序中应用了可变电压技术AVGn算法动态功耗管理技术Time-out算法以及基于最佳利用率的功率控制策略,使系统在不影响系统性能的前提下实现了动态功耗管理,降低了系统功耗。
【图文】：

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实现功耗管理首先就要知道功耗源于何处，才‘能有针对性地改善优化功耗。在嵌入式系统中直接产生功耗的是计算机硬件，包括cPu和Memory等核心部件，也包括通讯端口、LCD等外围设备，嵌入式系统各部件功耗比例如图2.1所示。}嵌入式系统功耗t匕例{夔亘i舀1颐巫ack亘吵t而u/M丝_口Ni卖中HD旦oth。刁图2.1嵌入式系统功耗比例图 FigZ.lEmbeddedsystempowereonsumptionratio另外，高性能cPu通过高层次仿真得出开关级功率的分布关系[4]，如图2.2所示。时钟功耗所占比例最大，它包括时钟发生、时钟树、驱动器、锁存器和所有时钟负担的器件;数据通路的功耗仅次于时钟，主要包括执行单元、总线和寄存器;而后依次是片上存储器功耗、控制单元和FO功耗。因此，降低时钟的频率可以很大程度上降低系统的功耗。日 Cloek口Datapatlz口Memoi丫叮Corlti℃l…_图2.2微处理器功耗来源 Fig2.2MieroProeessorPowerSource对于CMOS工艺的嵌入式微处理器来说，功耗主要分为动态功耗、静态功耗和短路

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图2.1嵌入式系统功耗比例图 FigZ.lEmbeddedsystempowereonsumptionratio另外，高性能cPu通过高层次仿真得出开关级功率的分布关系[4]，如图2.2所示。时钟功耗所占比例最大，，它包括时钟发生、时钟树、驱动器、锁存器和所有时钟负担的器件;数据通路的功耗仅次于时钟，主要包括执行单元、总线和寄存器;而后依次是片上存储器功耗、控制单元和FO功耗。因此，降低时钟的频率可以很大程度上降低系统的功耗。日 Cloek口Datapatlz口Memoi丫叮Corlti℃l…_图2.2微处理器功耗来源 Fig2.2MieroProeessorPowerSource对于CMOS工艺的嵌入式微处理器来说，功耗主要分为动态功耗、静态功耗和短路
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP368.12

【参考文献】