DVS技术研究及其在全站仪设备中的应用

发布时间：2020-07-04 21:57

【摘要】：嵌入式系统的功耗随着芯片密度、性能要求的大幅增加呈指数增长,以电池供电的便携式设备的能耗问题尤为突出,随之而来的芯片散热成本增加、芯片稳定性下降等问题严重制约了嵌入式产品的发展,降低系统功耗成为便携式产品设计的关键之一。全站仪设备是采用电池供电,集测量、计算、显示等功能于一体的电子速测仪,系统运行的大量功耗限制了设备野外持续作业的时间,降低全站仪系统功耗可延长该设备持续作业时间,减少因供电不足带来的工作延误。 动态电压调节技术(DVS)是一种硬件支持的软件低功耗方法,该技术动态调节处理器执行电压,以适当延长任务运行时间为代价降低系统功耗,具有较好的节能效果。目前对DVS技术的研究以理论算法为主,在具体嵌入式产品中的应用研究较少,本文深入研究了实时DVS算法,并应用于全站仪设备,有效地解决了全站仪设备功耗问题。论文工作主要分为以下三点。 (1)通过CMOS集成电路功耗分析给出了DVS技术的低功耗理论依据,在处理器支持电压可调节的基础上,阐述操作系统或编译器协同的DVS低功耗技术框架,并总结分析了实时系统任务调度和实时DVS算法研究现状。 (2)针对全站仪系统低功耗应用需求,分析了经典LEDF和Weiser两种实时DVS算法的优缺点。在深入分析全站仪系统DVS算法设计要素和详细阐述OPTASTS算法原理的基础上,针对OPTASTS算法动态空闲时间利用不足和全站仪实时系统具有统计任务的特性,提出了基于处理器利用率修正的改进算法,并在SkyEye平台上验证了改进算法的有效性。 (3)结合全站仪系统软硬件,设计了全站仪系统中操作系统指导的DVS低功耗技术框架,实现了基于PXA250处理器的功耗管理层驱动;针对改进OPTASTS算法的应用需求,修改了μC/OS-II任务管理服务,设计实现了μC/OS-II的EDF调度机制;实现了全站仪系统上的改进OPTASTS算法,通过数据分析,证明DVS技术有效地降低了全站仪系统的功耗。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP368.1
【图文】：

_1方卜理果劝豁增为n挡热

a 开关转换功耗；b 内部功耗；c 静态功耗次充放电转换所消耗的能量可以通过公式 2.1 获得：2/LddEnergy transition= C×V（2其中LC 是负载电容，ddV 是供电电压。通过公式 2.1 可得到动态功耗为[2dynLddtransclockP =Energytransition×f=C×V×P×f2/ （2其中 f 是充放电转换的频率，transP 是输出转换的可能性，clockf 是系统的频率。如果我们定义：effLtransC = C×P（2那么动态功耗可表示为：dyneffddclockP =C×V×f2（2而 CMOS 电路的内部功耗则主要由内部电流产生，如图 2-l(b)所示，内耗只有在 NMOS 和 PMOS 两个晶体管都打开时，由 FCC 和地之间联通而，对负载电容进行充电时所需要电能也是内部功耗的组成部分。静态功耗

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘昊;卜爱国;;针对电压可调处理器的低功耗设计策略[J];电路与系统学报;2006年05期

2 吕京建,肖海桥;面向二十一世纪的嵌入式系统综述[J];电子质量;2001年08期

3 陈文昭;;全站仪实用功能浅析及发展趋势展望[J];江西测绘;2005年04期

4 彭蔓蔓;李仁发;王宇明;;一种基于程序段的动态电压缩放算法[J];计算机研究与发展;2008年06期

5 张远奇,孙富明,于健,苏和;基于DVS机制的低能耗微处理器系统设计方法研究[J];计算机工程与应用;2001年17期

6 吴盈锋;孙涌;余道琴;;uC/OS_Ⅱ下的实时数据库事务调度研究[J];计算机与现代化;2009年01期

7 张盛,王乃龙,周润德;动态电压调整的系统级功耗管理模型[J];清华大学学报(自然科学版);2005年04期

8 王华勇,陈渝,康烁,戴一奇;具有双电压调节处理器的最优DVS算法[J];清华大学学报(自然科学版);2005年10期

9 赵荣彩,唐志敏,张兆庆,GuangR.Gao;低功耗多线程编译优化技术[J];软件学报;2002年06期

10 赵荣彩,唐志敏,张兆庆,Guang R.Gao;软件流水的低功耗编译技术研究[J];软件学报;2003年08期

相关博士学位论文 前2条

1 窦强;分布式强实时系统中可调度性分析算法的研究[D];国防科学技术大学;2001年

2 吴刚;对低功耗进程调度算法的研究[D];复旦大学;2006年

本文编号：2741651