基于嵌入式系統(tǒng)負載分析的低功耗策略的設計.pdf

1、在嵌入式系統(tǒng)的設計中,如何降低其能耗已經(jīng)逐漸成為了一個重要的研究點,其重要性隨著嵌入式手持設備的普及而越來越突出。能量的有效使用能夠降低系統(tǒng)的操作代價(例如電能消耗),減少設備的封裝費用(主要原因是減少了熱量釋放),減小對環(huán)境的影響(例如輻射干擾和噪音),還能夠延長手持設備的電池壽命。商用CMOS芯片電源供給技術(shù)的發(fā)展和高效DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)為處理器內(nèi)核工作電壓的動態(tài)調(diào)節(jié)提供了條件。因此,嵌入式系統(tǒng)中的低功耗研究具有必要性和可行

2、性。
　　 DVS(動態(tài)電壓調(diào)節(jié))技術(shù)是一種針對處理器的低功耗策略。DVS動態(tài)地調(diào)節(jié)處理器的電壓和頻率并滿足截止時間的要求,以達到降低功耗的目的。DVS分為任務內(nèi)DVS和任務間DVS。本文討論的是任務內(nèi)DVS算法。已有的任務內(nèi)DVS算法根據(jù)單個任務的負載情況進行頻率的調(diào)節(jié),以使該任務的功耗達到最小,沒有考慮到任務與任務之間的耦合性,例如PACE和GRACE算法。為了更有效地降低能量消耗,本文提出了一種基于系統(tǒng)負載分析的任務內(nèi)算法

3、,即FASW算法。此算法考慮了任務之間的耦合性,改善了以往算法只考慮單個任務的做法,從多任務負載的角度出發(fā),使系統(tǒng)總的能耗達到最低。該算法需要解決三個主要問題:時間區(qū)間的選擇、系統(tǒng)負載大小的計算以及系統(tǒng)負載概率分布的計算。具體的實現(xiàn)方法是:選擇兩個連續(xù)的截止時間作為負載考慮的時間區(qū)間；將時間區(qū)間內(nèi)最壞情況下需要執(zhí)行的總時鐘數(shù)作為系統(tǒng)負載的最大值；將時間區(qū)間內(nèi)各個任務的條件概率密度函數(shù)的卷積結(jié)果作為系統(tǒng)負載的概率密度函數(shù),以達到最優(yōu)頻率調(diào)

4、度和最小化系統(tǒng)能耗的目標。
　　 為了驗證FASW算法的節(jié)能效果,本文搭建了一個算法仿真平臺,并且從負載、處理器和操作系統(tǒng)三個方面評估了平臺的可行性。實驗中,基于仿真平臺驗證了FASW算法的節(jié)能效果并將其與PACE和GRACE算法進行比較。實驗結(jié)果顯示,FASW算法可以使能耗降低大約50％,使空閑時間減少大約60％；而PACE算法只能使能耗降低大約30％,使空閑時間減少大約20％?？梢?FASW算法的節(jié)能效果更好,進一步增大了處