嵌入式系統(tǒng)動態(tài)低功耗設計策略的研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)設計者在以往設計過程中，通常只考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性等，但現(xiàn)在卻面臨著一個新的挑戰(zhàn)一降低系統(tǒng)的功耗。嵌入式系統(tǒng)的功耗可以在靜態(tài)和動態(tài)兩個技術范疇內(nèi)來降低，其中靜態(tài)設計技術是降低功耗的主要手段，然而隨著系統(tǒng)功能增強和集成度的提高，靜態(tài)技術已經(jīng)不能完全滿足系統(tǒng)對功耗的要求，最近的研究都集中于動態(tài)的低功耗設計技術，即動態(tài)電源管理(Dynamic Power Management，DPM)和動態(tài)電壓調節(jié)(Dynamic Volta

2、ge Scaling，DVS)兩種主流技術。本論文在對DPM和DVS進行分析研究的基礎上，提出了多種不同類型的動態(tài)低功耗策略，以使所采用的設計策略能夠適用于不同的應用環(huán)境。 DPM技術降低系統(tǒng)功耗的主要辦法是根據(jù)工作負載的變化來動態(tài)切換目標設備工作模式。本文利用電池使用過程中所具有的非理想特性，提出了CVAAs(Critical VoltageAreaAdaptive Skill)自適應超時策略，該策略通過引入電池因素，在進一步

3、降低系統(tǒng)功耗的同時擴展了DPM自適應對象的范疇。針對ALT(AdaptiveLearning Tree)模型的缺陷，本文提出了PBALT(Probability-Based AdaptiveLealning Tree)預測策略，該策略通過概率來描述設備行為，能夠提高預測正確率，從而達到系統(tǒng)功耗與性能之間的優(yōu)化平衡。另外，通過分析發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)DPM策略僅僅建立在對目標設備任務請求進行觀測的基礎上，并沒有利用操作系統(tǒng)的額外信息，為此本文在任務層

4、次提出了一種在線設備調度策略EODSA(Energy Optimal Device Scheduling AIgorithm)，其通過對任務請求源進行劃分以及系統(tǒng)級建模，能夠提供功耗管理單元更多有關將來的設備請求信息，從而更有效的降低系統(tǒng)功耗。 對于嵌入式實時系統(tǒng)，DPM因無法滿足實時性的要求而難以適用，DVS技術則能夠很好的解決此類系統(tǒng)中性能與功耗的要求。本文在理論證明的基礎上提出了一種針對瞬態(tài)任務組實現(xiàn)系統(tǒng)能耗最優(yōu)化的動態(tài)電

5、壓調節(jié)模型EOVSM(Energy Optimal Voltage Scaling Model)及其次優(yōu)化模型ESOVSM(：Energy Sub-Optimal Voltage Scaling Model)，實驗結果表明這兩種模型在保證任務實時性的同時能夠顯著降低系統(tǒng)功耗。 為了將DPM與DVs進行有效的結合，本文基于EOVSM/ESOVSM模型以及任務重組原理，針對由瞬態(tài)任務和周期性任務所組成的系統(tǒng)設計了一種電壓調節(jié)策略EC