嵌入式系統(tǒng)低功耗軟件技術(shù)分析

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摘要：嵌入式系統(tǒng)分析的時(shí)候，最重要和最關(guān)鍵的就是功耗問題，想要保證有效降低功耗，應(yīng)該從系統(tǒng)角度來分析嵌入式系統(tǒng)問題，低功耗嵌入式系統(tǒng)不但需要硬件設(shè)備的保證，也需要系統(tǒng)軟件技術(shù)的支持，合理優(yōu)化配合系統(tǒng)軟件和硬件技術(shù)，才能達(dá)到真正降低嵌入式系統(tǒng)功耗的目的，本文主要分析了嵌入式系統(tǒng)低功耗軟件技術(shù)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；低功耗；軟件技術(shù)

一、嵌入式系統(tǒng)功耗問題概述

目前，不斷發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)，開始廣泛應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，越來越高要求系統(tǒng)功耗問題。在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用電池供電的便攜設(shè)備，因?yàn)槭怯邢薜碾姵卮鎯?chǔ)量，不能持續(xù)為設(shè)備提供電量。一般來說，為了能夠具備比較高性能，需要合理安置高性能CPU，依據(jù)實(shí)際運(yùn)行規(guī)范，適當(dāng)提高外圍設(shè)備數(shù)量，會(huì)降低系統(tǒng)功耗，衡量嵌入式系統(tǒng)性能的關(guān)鍵就是低耗能，為了能夠具備最平衡的高耗能和高性能需求，在符合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行性能要求基礎(chǔ)上，盡可能降低系統(tǒng)耗能，從而確保可以長期運(yùn)行系統(tǒng)，從軟件和硬件兩方面分析系統(tǒng)節(jié)能問題[1]。

二、嵌入式系統(tǒng)低功耗軟件技術(shù)設(shè)計(jì)

（一）應(yīng)用軟件編寫的節(jié)能設(shè)計(jì)。

第一，中斷替代系統(tǒng)中查詢。系統(tǒng)簡單應(yīng)用中，不管應(yīng)用哪種程序方式都不會(huì)出現(xiàn)很大差異，差別大的就是消耗功率。中斷方式處理系統(tǒng)中，中央處理器可以不做任何事，或者能夠直接進(jìn)入到等待或停止模式；如果是查詢形式，需要中央處理器不斷訪問I/O寄存器，出現(xiàn)額外功率。第二，代替子程序。設(shè)計(jì)人員都知道，相比較讀RAM來說，讀Flash消耗功耗比較小，因此，在設(shè)計(jì)CPU的時(shí)候，RAM會(huì)展現(xiàn)低功耗性能，但是僅僅只能一次調(diào)用子程序，子程序進(jìn)入到CPU以后，會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)中央處理器寄存器，離開系統(tǒng)的時(shí)候，CPU會(huì)彈出寄存器，此時(shí)至少需多次操作RAM，因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)的時(shí)候，利用宏來代替子程序來。設(shè)計(jì)中是在子程序、還是宏上調(diào)用系統(tǒng)沒有很大區(qū)別，但是編譯的時(shí)候會(huì)依據(jù)中央處理器進(jìn)行實(shí)施，避免調(diào)用子程序，但是最重要的就是增加代碼數(shù)量，上述方式可以適當(dāng)降低系統(tǒng)功耗[2]。

（二）應(yīng)用程序編譯的節(jié)能設(shè)計(jì)。

第一，降低冗余代碼。處理器處理系統(tǒng)時(shí)候消耗30%能量就是cache消耗的能量，此外，如果不能命中cache的時(shí)候，會(huì)交換內(nèi)容，所以，外部總線被驅(qū)動(dòng)的過程中會(huì)增加能量，編譯程序的時(shí)候適當(dāng)降低冗余代碼，會(huì)極大程度降低cache活動(dòng)，以便于達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的目的。第二，優(yōu)化I/O功耗技術(shù)。系統(tǒng)中比重中，驅(qū)動(dòng)I/O端口需要的能量在整個(gè)系統(tǒng)中具備極大比重，因此，為了能夠降低系統(tǒng)耗能量，應(yīng)該適當(dāng)降低應(yīng)用驅(qū)動(dòng)I/O端口次數(shù)，也就是依據(jù)編碼設(shè)計(jì)技術(shù)來不斷降低和壓縮I/O數(shù)據(jù)，從而達(dá)到降低I/O頻率的目的。優(yōu)化和分析應(yīng)用程序存儲(chǔ)局部性訪問性能和交換總線地址活動(dòng)性質(zhì)的時(shí)候合理應(yīng)用編譯器，從而達(dá)到編譯編碼的目的，此外，還需要系統(tǒng)硬件具備一定解碼作用。在分析系統(tǒng)程序的過程中，不斷優(yōu)化局部高頻數(shù)據(jù)性能，從而降低操作訪問系統(tǒng)頻率和次數(shù)，不僅可以降低系統(tǒng)功耗，還能為系統(tǒng)運(yùn)行提供能量。

（三）硬件低功耗節(jié)能技術(shù)。

第一，DPM。動(dòng)態(tài)管電源管理（DynamicPowerManagement）可以依據(jù)嵌入式系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況來適當(dāng)關(guān)閉不需要的系統(tǒng)設(shè)備，如，硬盤或者顯示器等，第二，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際負(fù)載來合理調(diào)整總線頻率和中央處理器波率。目前，已經(jīng)具備完全智能化的管理動(dòng)態(tài)電源方式，在沒有人為原因接入和干擾的前提下，能夠快速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)運(yùn)行速度，一般每秒能夠?qū)嵤装俅危瑥亩軌蜻_(dá)到節(jié)能的作用。第三，APM。高級(jí)電源管理（advancedPowerManagement）主要就是用來為系統(tǒng)提供BISO管理電源機(jī)制，在開發(fā)系統(tǒng)的時(shí)候適當(dāng)把硬件編程接口加入BISO中，能夠成為溝通操作系統(tǒng)和主辦的重要樞紐，建立APM-BISO，上述方式能夠依據(jù)實(shí)際情況來有效合理調(diào)整系統(tǒng)自身硬件耗能[3]。

結(jié)語

總之，由于不斷發(fā)展微電子技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中低耗能成為重要問題，從應(yīng)用程序編譯的節(jié)能設(shè)計(jì)、硬件低功耗節(jié)能技術(shù)、應(yīng)用軟件編寫的節(jié)能設(shè)計(jì)三方面分析優(yōu)化系統(tǒng)功耗問題，盡可能降低系統(tǒng)功耗。

參考文獻(xiàn)

[1]劉露,李小進(jìn),張宏等.基于訪存特性的嵌入式移動(dòng)設(shè)備軟件低功耗優(yōu)化方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2014(11):3392-3396.

[2]宋彥,郭兵,沈艷等.嵌入式系統(tǒng)低功耗的軟件實(shí)現(xiàn)方案[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2011,11(9):4-7.

[3]王奇,徐文韌,唐克等.嵌入式系統(tǒng)的軟件低功耗技術(shù)實(shí)現(xiàn)策略[J].艦船電子工程,2013,33(3):74-76.

作者：付強(qiáng) 單位：北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院