嵌入式实时系统下的低功耗设计

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近几年来,嵌入式的平台正在得到快速而广泛的应用,特别是手机和手持设备要求实时嵌入式产品能够提供更为强劲的计算能力,来满足对无线通信、多媒体应用的要求,然而高性能的代价就是高能耗,电池的使用时间已成为嵌入式设备的最主要局限。延长实时嵌入式系统电池使用时间已经成为了实时嵌入式系统设计普遍关注的问题,操作系统中有效的低功耗技术即可以有效的达到这个目的。   从系统级来看,动态电源管理(DPM)和动态电压调节(DVS)被看作是减少处理器能耗的关键技术,DPM模块能减少空闲时态时的能耗,而DVS则在运行时态通过动态改变处理器的电压和频率来更有效率的减少能耗,   本文首先论述功耗的产生机制、计算机系统中的功耗分布情况、现有操作系统的进程调度算法、CPU性能对DVS算法性能的影响、现有各种DVS算法的特点和优缺点、模拟和评估手段等。然后介绍了动态电源管理,动态电压调节的基本概念,及它们与实时操作系统的关系,从而提出把DPM和DVS结合应用于实时系统过程中,这两种技术的结合节省了更多的能耗。   本文开发了一个策略框架的DPM系统,该DPM架构可以通过从操作系统或者硬件设备处收集的信息对处理器进行高效的电源管理,而其中的DVS算法,为了保证实时性,就需要与实时调度相整合,在此DPM框架基础上,本文提出的基于周期保存的实时动态电压调节算法在操作系统的实时调度和任务管理模块的基础上,通过实时动态调节处理器频率来减低功耗且满足系统实时性。   通过将本文提出的DPM架构和DVS算法实现于测试平台上,结果显明,比没有使用低功耗设计的情况能耗下降11.3%~53.4%,接近与理论上能量节省的最低范围,能够容易的减少嵌入式实时系统的能耗。
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