基于体系结构级的嵌入式软件能耗模型及性能研究

发布时间：2017-08-25 22:08

  本文关键词：基于体系结构级的嵌入式软件能耗模型及性能研究

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【摘要】：随着嵌入式系统的飞速发展及其广泛应用,嵌入式低能耗设计已成为当前重点研究,如何设计一套低能耗高性能的方法成为当今的研究热点。本文首先分析嵌入式系统当中影响能耗的软件特征值,然后再建立一个基于时间的能耗Petri网,根据能耗Petri网,对嵌入式系统软件体系结构级中的构件模块、构件通信模块和硬件模块建立能耗模型,最后通过能耗模型对软件属性进行了分析与建模。为了更加精确测试能耗,本文分析出在嵌入式系统软件中,算法和体系结构设计影响着系统能耗,其中算法对能耗的差异主要来源于算法的时间复杂度,而算法工作的时长决定CPU使用的时长,所以算法的好坏决定CPU使用率；体系结构设计对能耗的差异主要来源于构件设计,构件数目、构件耦合度等决定嵌入式软件能耗的大小。基于上述的研究分析,文章在传统Petri网的基础上加入了执行时间和时间内的能耗变化,建立了能耗Petri网。通过能耗Petri网建立了构件模块的能耗模型,且对各个模块的通信接口也建立了能耗模型,利用通信接口能耗模型将各个模块连接起来,形成了整个系统的能耗模型。为了不影响软件性能,本文在建立系统的能耗模型之后,基于嵌入式软件体系结构能耗模型进行了软件性能的评估。对软件的可靠性、实时性、安全性等给出了相应的度量方法,再根据其度量方法对软件交互行为进行建模。针对以上的所有研究工作,本文选取了嵌入式智能家居系统进行了实验验证。实验证明,本论文提出的嵌入式系统软件能耗模型具有较高的准确性,且对系统设计时软件性能的考虑提供了帮助,因此本文提出的方法可以有效描述和分析嵌入式软件能耗问题,可以为嵌入式系统设计低能耗高性能的软件提供有力支持。
【关键词】：嵌入式系统 能耗Petri网 软件体系结构 软件性能
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP301.1;TP368.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状综述11-13
• 1.3 本文主要工作13-14
• 1.4 本文的结构14-16
• 第二章 嵌入式系统概述及软件能耗分析方法16-24
• 2.1 嵌入式系统概述16-18
• 2.1.1 发展概述与系统定义16
• 2.1.2 系统特性分析16-18
• 2.2 嵌入式系统软件能耗分析方法18-21
• 2.2.1 指令级能耗分析方法18-20
• 2.2.2 算法级能耗分析方法20-21
• 2.2.3 软件体系结构级能耗分析方法21
• 2.3 软件能耗研究分析21-22
• 2.4 基于软件能耗的评估技术22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 嵌入式系统应用软件能耗研究24-36
• 3.1 计算机软件系统24-26
• 3.1.1 计算机软件基本概念24-25
• 3.1.2 计算机软件特点25
• 3.1.3 计算机软件类别25-26
• 3.2 Petri网的定义与发展26-30
• 3.2.1 Petri网概述26-27
• 3.2.2 Petri网模型的特点与行为27-29
• 3.2.3 Petri网的分析方法29-30
• 3.3 嵌入式系统应用软件能耗研究路线30
• 3.4 软件能耗的特征值30-35
• 3.4.1 算法对软件能耗的影响31-32
• 3.4.2 软件体系结构对软件能耗的影响32-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 基于能耗Petri网的嵌入式软件能耗模型36-52
• 4.1 嵌入式系统能耗函数36
• 4.2 基于Petri网的能耗模型36-38
• 4.2.1 基本定义37
• 4.2.2 Petri网的图模型37-38
• 4.3 嵌入式系统软件的体系结构能耗模型38-45
• 4.3.1 嵌入式系统软件能耗研究与分析38-40
• 4.3.2 嵌入式系统软件能耗模型40-42
• 4.3.3 嵌入式系统软件能耗模型的算法设计42-45
• 4.4 嵌入式系统软件的体系结构能耗模型实验分析45-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 基于体系结构级能耗的软件交互行为模型52-56
• 5.1 软件属性52
• 5.2 基于体系结构级能耗的软件质量属性度量方法52-53
• 5.3 嵌入式系统软件交互行为的建模53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结和展望56-58
• 致谢58-60
• 参考文献60-64
• 附录A 硕士期间发表的论文专利及软著64-66
• 附录B 硕士期间参与项目66

【参考文献】

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本文编号：738383