嵌入式系統(tǒng)的動態(tài)電源管理架構(gòu)
摘要：分析嵌入式系統(tǒng)對動態(tài)電源管理的需求，并在此基礎(chǔ)上提出了與之適應(yīng)的，以策略框架為中心的系統(tǒng)級動態(tài)電源管理架構(gòu)。利用這種構(gòu)架可以整合針對不同組件的動態(tài)電源管理算法和機制，從系統(tǒng)角度進行行之有效的管理。該架構(gòu)應(yīng)用于TD-SCDMA無線終端上，平均能耗下降了50%，取得良好的效果。關(guān)鍵詞：動態(tài)電源管理（DPM） 功率監(jiān)控 實時嵌入式操作系統(tǒng)
1 簡介
隨著系統(tǒng)集成技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用日趨網(wǎng)絡(luò)化。尤其是無線通信系統(tǒng)中，人們對嵌入式設(shè)備提出了更高的要求：除了提供基本的語音、數(shù)據(jù)通信等基本功能外，還需要事例復(fù)雜的多媒體應(yīng)用。這就要求嵌入式系統(tǒng)在滿足必要的實時性前提下，提供更高的計算性能和大容量的存儲空間；在這些系統(tǒng)一般都帶有電池部件并通過它向整個系統(tǒng)供電。滿足高性能要求的代價是更大的能量消耗，這就必須縮短電池的供電時間。大量研究證明，系統(tǒng)處于空閑的時間占整個運行時間的相當(dāng)大一部分。電源管理就是為了減少系統(tǒng)在空閑時間的能量消耗，使嵌入式系統(tǒng)的有效能量供給率最大化，從而延長電池的供電時間。
為了延長電池的使用時間，在硬件領(lǐng)域，低功耗硬件電路的設(shè)計方法得到了廣泛應(yīng)用。然而僅僅利用低功耗硬件電路仍舊不夠，進一步的，在系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)中，提出了“動態(tài)電源管理DPM（Dynamic Power Management）”的概念。在DPM中，普通的方法是把系統(tǒng)中不在使用的組件關(guān)閉或者進入低功耗模式（待機模式），另外一種更加有效的方法就是動態(tài)可變電壓DVS和動態(tài)可變頻率DFS。通過在運行時態(tài)動態(tài)地調(diào)節(jié)CPU頻率或者電壓�？梢栽跐M足瞬時性能的前提下，使得有效能量供給率最大化。
硬件上提供的低功耗機制，需要軟件實現(xiàn)上來發(fā)揮它的效能。理想的條件下，是希望在系統(tǒng)中，以“功率監(jiān)控（power-aware）”的方法，管理不同的系統(tǒng)資源（硬件和軟件上的資源），這樣才能滿足嵌入式系統(tǒng)高性能和低功耗的要求。據(jù)研究顯示，系統(tǒng)范圍內(nèi)能量的驟降，完全因為系統(tǒng)任務(wù)的工作負荷急劇增加和外設(shè)的頻繁利用。必然地，實時嵌入式操作系統(tǒng)就成了唯一理想的來實現(xiàn)軟件上的DPM。這是因為：①實時嵌入式操作系統(tǒng)可以決策不同應(yīng)用任務(wù)的運行，可以收集任務(wù)相關(guān)的實時限制信息和性能需求信息；②實時嵌入式操作系統(tǒng)可以直接控制底層的硬件，利用硬件提供的DPM技術(shù)或者機制。
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