嵌入式系統低功耗軟件技術分析

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摘要：嵌入式系統分析的時候，最重要和最關鍵的就是功耗問題，想要保證有效降低功耗，應該從系統角度來分析嵌入式系統問題，低功耗嵌入式系統不但需要硬件設備的保證，也需要系統軟件技術的支持，合理優化配合系統軟件和硬件技術，才能達到真正降低嵌入式系統功耗的目的，本文主要分析了嵌入式系統低功耗軟件技術。

關鍵詞：嵌入式系統；低功耗；軟件技術

一、嵌入式系統功耗問題概述

目前，不斷發展計算機技術，開始廣泛應用嵌入式系統，越來越高要求系統功耗問題。在嵌入式系統中應用電池供電的便攜設備，因為是有限的電池存儲量，不能持續為設備提供電量。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，依據實際運行規范，適當提高外圍設備數量，會降低系統功耗，衡量嵌入式系統性能的關鍵就是低耗能，為了能夠具備最平衡的高耗能和高性能需求，在符合系統實際運行性能要求基礎上，盡可能降低系統耗能，從而確保可以長期運行系統，從軟件和硬件兩方面分析系統節能問題[1]。

二、嵌入式系統低功耗軟件技術設計

（一）應用軟件編寫的節能設計。

第一，中斷替代系統中查詢。系統簡單應用中，不管應用哪種程序方式都不會出現很大差異，差別大的就是消耗功率。中斷方式處理系統中，中央處理器可以不做任何事，或者能夠直接進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，出現額外功率。第二，代替子程序。設計人員都知道，相比較讀RAM來說，讀Flash消耗功耗比較小，因此，在設計CPU的時候，RAM會展現低功耗性能，但是僅僅只能一次調用子程序，子程序進入到CPU以后，會暫時存儲中央處理器寄存器，離開系統的時候，CPU會彈出寄存器，此時至少需多次操作RAM，因此，設計人員在設計程序系統的時候，利用宏來代替子程序來。設計中是在子程序、還是宏上調用系統沒有很大區別，但是編譯的時候會依據中央處理器進行實施，避免調用子程序，但是最重要的就是增加代碼數量，上述方式可以適當降低系統功耗[2]。

（二）應用程序編譯的節能設計。

第一，降低冗余代碼。處理器處理系統時候消耗30%能量就是cache消耗的能量，此外，如果不能命中cache的時候，會交換內容，所以，外部總線被驅動的過程中會增加能量，編譯程序的時候適當降低冗余代碼，會極大程度降低cache活動，以便于達到降低系統功耗的目的。第二，優化I/O功耗技術。系統中比重中，驅動I/O端口需要的能量在整個系統中具備極大比重，因此，為了能夠降低系統耗能量，應該適當降低應用驅動I/O端口次數，也就是依據編碼設計技術來不斷降低和壓縮I/O數據，從而達到降低I/O頻率的目的。優化和分析應用程序存儲局部性訪問性能和交換總線地址活動性質的時候合理應用編譯器，從而達到編譯編碼的目的，此外，還需要系統硬件具備一定解碼作用。在分析系統程序的過程中，不斷優化局部高頻數據性能，從而降低操作訪問系統頻率和次數，不僅可以降低系統功耗，還能為系統運行提供能量。

（三）硬件低功耗節能技術。

第一，DPM。動態管電源管理（DynamicPowerManagement）可以依據嵌入式系統實際運行情況來適當關閉不需要的系統設備，如，硬盤或者顯示器等，第二，依據系統運行實際負載來合理調整總線頻率和中央處理器波率。目前，已經具備完全智能化的管理動態電源方式，在沒有人為原因接入和干擾的前提下，能夠快速轉換系統運行速度，一般每秒能夠實施幾百次，從而能夠達到節能的作用。第三，APM。高級電源管理（advancedPowerManagement）主要就是用來為系統提供BISO管理電源機制，在開發系統的時候適當把硬件編程接口加入BISO中，能夠成為溝通操作系統和主辦的重要樞紐，建立APM-BISO，上述方式能夠依據實際情況來有效合理調整系統自身硬件耗能[3]。

結語

總之，由于不斷發展微電子技術，嵌入式系統開發中低耗能成為重要問題，從應用程序編譯的節能設計、硬件低功耗節能技術、應用軟件編寫的節能設計三方面分析優化系統功耗問題，盡可能降低系統功耗。

參考文獻

[1]劉露,李小進,張宏等.基于訪存特性的嵌入式移動設備軟件低功耗優化方法[J].計算機應用研究,2014(11):3392-3396.

[2]宋彥,郭兵,沈艷等.嵌入式系統低功耗的軟件實現方案[J].單片機與嵌入式系統應用,2011,11(9):4-7.

[3]王奇,徐文韌,唐克等.嵌入式系統的軟件低功耗技術實現策略[J].艦船電子工程,2013,33(3):74-76.

作者：付強 單位：北京信息職業技術學院