嵌入式软件体系结构级能耗建模方法
嵌入式系统的能耗优化技巧与策略
嵌入式系统的能耗优化技巧与策略简介随着嵌入式系统的广泛应用，能耗优化成为了设计和开发过程中的重要考虑因素。
在资源有限的嵌入式系统中，有效地管理能耗可以延长电池寿命、降低运行成本以及提升系统性能。
本文将介绍一些常用的能耗优化技巧与策略，旨在帮助开发人员提高嵌入式系统的能源效率。
1. 低功耗设计低功耗设计是嵌入式系统能耗优化的关键。
通过降低系统的静态和动态功耗，可以有效减少能源消耗。
以下是一些低功耗设计的技巧：- 选择低功耗处理器：选择功耗较低的处理器，如ARM Cortex-M系列处理器，可减少系统的能耗。
- 优化电源管理：利用功率管理单元 (PMU) 来监控和控制供电，根据系统需求灵活调整电压和频率。
- 休眠状态管理：在系统空闲或低负载时，进入休眠状态以最小化能耗。
通过采用动态功耗缩减技术，可以进一步减少待机时的耗电量。
2. 降低数据传输能耗数据传输在嵌入式系统中往往是能耗的主要来源之一。
因此，降低数据传输能耗可以有效减少系统的总能耗。
以下是一些降低数据传输能耗的策略：- 压缩数据：使用数据压缩算法可以减少传输的数据量，从而降低功耗。
例如，利用无损压缩算法对传输的音频或视频数据进行压缩。
- 数据缓存：合理利用数据缓存，减少对外部存储器的读写操作。
加大缓存容量，有助于降低系统的访存功耗。
- 优化通信协议：选择适当的通信协议和传输模式，减少通信时的能耗。
例如，利用低功耗蓝牙 (Bluetooth Low Energy) 替代传统蓝牙通信，可以大幅度降低系统的能耗。
3. 功耗分析与优化对嵌入式系统的功耗进行分析是实现有效能耗优化的关键步骤。
通过了解系统中不同组件的功耗需求，针对性地进行优化。
以下是一些功耗分析与优化的技巧：- 采用功耗分析工具：使用专业的功耗分析工具，如硬件电流探针和软件功耗测量工具，帮助检测功耗热点，并有效优化。
- 降低硬件功耗：优化硬件电路设计，降低功耗。
例如，采用低功耗电源管理芯片、选择低功耗的外设等。
嵌入式系统建模方法
嵌入式系统建模方法摘要：嵌入式系统的实时性、并发性、分布性和高可靠性等特点使得系统的开发面临巨大挑战，迫切需要相应开发方法的指导和开发工具的支持。
本文简要介绍了嵌入式系统在开发过程中的建模方法，包括非形式化和形式化两种方法。
重点叙述了两种建模方法的区别和应用，以及形式化描述的主要内容。
0 引言嵌入式系统是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用环境对功能、实时性、可靠性、成本、体积、功耗等严格约束的专用计算机系统。
随着嵌入式实时软件规模和复杂度的不断增大，嵌入式软件的建模方法，实现技术以及软件可靠性和安全性验证等方面都遇到了新的困难和挑战，需要有新的思想和方法。
建模在软件开发过程中具有极其重要的作用，使用模型可以提高开发者对整个软件的观察深度和控制复杂度的能力，给不同的开发阶段提供全局统一的视图和指导，提高软件质量、生产率和可靠性。
1 非形式化建模方法与形式化建模方法概述设计者为构建系统模型，需要解决两方面问题。
一方面，设计者要决定采用什么方法或手段对系统进行建模，即为系统模型选择基本的计算模型或图形符号。
根据计算模型的形式化程度不同，建模方法可以分为两类：一类方法以具有严格语法和语义定义的数学模型或形式化模型为基础，称为形式化建模方法；另一类方法则使用不具有严格语法和语义定义的自然语言或简单的图、表、符号等描述系统，称为非形式化建模方法。
建模方法的选择由系统的可靠性要求和计算模型的可用性共同决定，一般需要二者的折衷。
可靠性要求高的嵌入式系统必须采用形式化方法建模以保证模型正确性。
2 非形式化建模方法非形式化建模方法简称非形式化方法。
只要用来创建系统模型的计算模型或建模语言没有严格的语法和语义定义，该建模方法就属于非形式化方法（informal）方法或欠形式化（less formal）方法，如传统的用图、文本、表格或简单符号等进行系统分析和设计的方法。
虽然对非形式化方法小心运用并结合彻底检查可以实现高质量系统的开发，但是文本或简单符号的应用偏差可能产生各种问题，如多个子模型描述系统相同方面的特性是矛盾的或不一致的，当模型被解释或翻译时产生二义性或歧义，模型所描述的系统功能或行为是不完整的。
嵌入式系统软件能耗分析技术的研究
言通过系统 的运行选择每个 指令进行功能任务
的 完 成 。这 时 的系 统 能耗 就 是 由 指 令 的 执 行 次 数和执行时间所决定 了。 （ ３ ）软 件 程 序 中 的 指 令 执 行 都 是 按 照 系
２嵌入式系统软件能耗分析技术
【 关键词 】嵌入 式 系统软件 指令 层 算法 层 ２ ・ １指令层能耗分析技 术
个 完 整 的嵌 入 式 系 统 包 括 物 理 硬 件 系 统 和 对 应 软 件 能 耗 研 究 中 又 首 先 提 出软 件 能 耗 优 化 技 术 操 作 的软 件 系 统 ， 在 硬 件 能 耗 方 面 ， 学者 们 已 不 仅 只 是 停 留 在 指 令 级 上 ，还 应 该 往 编 译 器 或
软件应用 ・ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
嵌入式系统软件能耗分析技术 的研 究
文／ 陈沫 良
其中 Ｅ 为硬件运行 的能耗，Ｅ 为硬件 静
本 文以 嵌入 式 系统软 件 为研 究对 象，对嵌 入 式 系统 中软件 能 耗 技 术 进 行 研 究 。 在 嵌 入 式 软 件 中 ， 可 以 从 三 个 不 同 层 次 进 行 能 耗 分析 ，其 分 别 为：指 令 层、 算 法 层 以 及 软 件 体 系 结 构 层 。 本 文 叙 述 了在三 个 层次 中影 响 能耗 的 因素， 并提 出分析 方 法，最 后 总 结 展 望 能 耗 优 化 的 主 要 方 法 和 发 展方向 。 止 时 产 生 的 能 耗 。Ｔ为 软 件 ｒ 运 行 时 间 ，Ｐ ， 为 软件 运 行 过 程 中 的 平 均 能 耗 。 本 文 主 要 从 指 令 层 、 算 法 层 以 及 体 系 结
研 究 ， 叙 述 了在 三 个 层 次 中 影 响 能 耗 的 因 素 ， 并 提 出分 析 方 法 ，最 后 总 结 展 望 能 耗 优 化 的主 要方法和发展方 向。
嵌入式系统中的软件架构设计与实现
嵌入式系统中的软件架构设计与实现在当今数字化时代，嵌入式系统已经渗透到我们生活的方方面面，从智能手机到汽车电子，从家用电器到医疗设备。
嵌入式系统的核心是软件，而软件架构的设计与实现是确保嵌入式系统功能可靠性和稳定性的关键。
软件架构设计是嵌入式开发中的重要环节，它定义了系统的整体结构和组成部分之间的关系。
一个好的软件架构可以提供灵活性、可维护性和可测试性，并且能够满足系统的需求。
本文将介绍一种常用的嵌入式系统软件架构设计方法，并深入探讨它的实现步骤。
首先，嵌入式系统软件架构设计的第一步是需求分析。
通过与系统用户和相关利益相关者的交流，了解系统的功能、性能和可靠性等需求。
在这个阶段，需求规约的编写非常关键，它应该详细描述系统的所有功能和性能需求。
接下来，进行软件模块的划分和定义。
在架构设计阶段，我们需要将整个系统划分成若干个子系统和模块。
每个模块要负责一个独立的功能，并与其他模块进行交互。
这种模块化的设计可以降低系统的复杂性，便于对系统进行功能扩展和维护。
然后，确定模块之间的通信和接口。
在嵌入式系统中，模块之间的通信方式有多种多样，包括共享内存、消息队列和远程过程调用等。
我们需要根据系统需求和资源限制选择最合适的通信方式，并定义模块之间的接口。
接口的设计要考虑消息的格式、传输的协议以及错误处理等方面。
接下来，进行功能组件的选择和实现。
在软件架构设计中，我们需要根据系统需求和资源限制选择适当的软件组件。
例如，如果系统需要实时性能，我们可以选择实时操作系统（RTOS）。
对于通信功能，我们可以选择支持网络协议的软件库。
对于图形界面，我们可以选择合适的GUI库。
在组件选择的基础上，实施模块的具体功能。
然后，进行模块的集成和测试。
在架构设计完成后，我们需要将各个模块进行集成测试。
这项测试旨在验证各个模块之间的接口是否正确，以及整个系统是否按照需求规约的要求正常工作。
测试阶段非常关键，它可以及早发现和解决系统的问题，提高系统的可靠性和稳定性。
一种嵌入式实时系统软件能耗建模与分析的方法_祝义
嵌入式系统的软件架构与模块设计指南
嵌入式系统的软件架构与模块设计指南嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，被嵌入到其他设备中，以实现特定的功能。
嵌入式系统的软件架构和模块设计是其成功开发与运行的关键。
本文将详细介绍嵌入式系统的软件架构和模块设计的指南，以帮助开发人员更好地理解和应用。
1. 软件架构设计:1.1 系统需求分析：首先，开发人员需要全面了解用户的需求和系统的功能。
通过详细分析需求，定义系统的功能模块，并确定系统的整体结构。
1.2 分层架构设计：嵌入式系统的软件架构通常采用分层设计，将系统划分为不同的层次，每个层次负责不同的功能。
常见的分层结构包括硬件抽象层、驱动层、操作系统层和应用层等。
每个层次都有自己的职责和接口，便于开发人员进行模块化设计和开发。
1.3 模块化设计：模块化是嵌入式系统设计中的一个重要概念。
通过将功能划分为不同的模块，每个模块负责一个特定的功能，开发人员可以更好地组织和管理代码。
模块之间的接口应该明确定义，遵循标准化的通信方式，以确保模块之间的协作顺利进行。
1.4 可扩展性考虑：嵌入式系统通常需要满足不同的应用需求。
为了实现系统的可扩展性，开发人员应该设计一个灵活的软件架构，可以根据需求添加或移除模块。
此外，采用标准化的接口和协议，使得系统可以和其他设备进行无缝集成。
2. 模块设计指南:2.1 模块划分：在进行模块设计之前，需对系统的功能进行全面的分析和规划。
根据系统需求，将功能划分为合适的模块，每个模块负责一个特定的任务。
模块的划分应该遵循单一职责原则，每个模块只负责一个功能，使得代码更易于理解和维护。
2.2 模块接口设计：模块之间的通信通过接口进行。
设计良好的模块接口能够提高模块的独立性和可扩展性。
模块之间的接口应该明确定义输入和输出，并遵循标准化的协议和格式。
接口设计应该考虑到系统的性能和资源消耗，尽量减少通信开销。
2.3 模块实现方式选择：在进行模块实现时，开发人员需要根据系统需求和硬件资源选择合适的实现方式。
嵌入式系统设计中的高效能耗管理技术研究
嵌入式系统设计中的高效能耗管理技术研究嵌入式系统是现代信息技术的重要组成部分，它应用广泛，包括智能电子产品、嵌入式计算机、控制系统等各个领域。
嵌入式系统的设计需要考虑应用场景、硬件性能、软件算法等多方面的因素。
在设计中，高效的能耗管理是一个至关重要的问题。
目前，有许多方法可以实现高效的能耗管理，我们将对其中的几个进行讨论。
一、功耗分析和优化功耗是指嵌入式系统在运行时消耗的电能，也是嵌入式系统中的一个重要指标。
功耗包括静态功耗和动态功耗两个部分。
静态功耗是指系统在待机或休眠状态时的基本功耗，可以通过降低电压、降低时钟频率等方法来降低功耗。
动态功耗是指在系统运行时消耗的功耗，可以通过优化算法、降低多余的指令等方法来降低功耗。
在系统设计中，功耗分析和优化是至关重要的。
通过对系统的功耗进行分析，可以找到系统的瓶颈，确定优化方向。
在优化过程中，可以运用各种技术手段，如编译器优化、代码精简、动态频率调节等，以达到降低功耗的目的。
二、低功耗处理器和传感器嵌入式系统中传感器的功耗往往很高，因为它们需要周期性地向外部设备发送数据。
因此，采用低功耗传感器是非常必要的。
此外，低功耗处理器的出现为嵌入式系统带来了更为优秀的功耗表现。
现代低功耗处理器采用了新的电源管理技术，能够自主调整电压、电流和时钟频率，从而降低功耗。
三、能量回收技术嵌入式系统往往需要不断地运行，以完成各种任务。
在这个过程中，系统需要消耗大量的能量，从而导致电池电量的消耗。
为了应对这个问题，嵌入式系统中出现了能量回收技术。
这种技术可以捕获和利用系统内部能量，从而实现嵌入式系统的能耗管理。
能量回收技术主要包括两个方面：能量收集和能耗调度。
能量收集是指利用系统内部能源来为系统提供电量，通常包括太阳能、机械能、热能等多种方式。
能耗调度则是将嵌入式系统的运行时间与能量回收时间进行协调，以确保系统可以按时完成任务。
四、动态电压和频率调节技术动态电压和频率调节技术是一种相对较为成熟的节能技术，它可以根据系统当前的负载情况动态地调整电压和时钟频率。
基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型
基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型刘啸滨;郭兵;沈艳;朱建;王继禾;伍元胜【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2012(041)005【摘要】提出了一种嵌入式软件能耗的统计模型,包括处理器、存储器和I/O控制器等硬件单元产生的能耗,然后通过分析ARM指令周期数的规律,设计了指令周期数的相应计算方法,该方法能够快速地计算软件运行时处理器产生的能耗.在高精度指令级嵌入式软件能耗模拟器HMSim中进行了模型实现.实验结果表明,该模型的能耗计算结果与实际仪器测量结果的误差在10％以内,可较准确地反映软件实现方式对系统能耗的影响程度.%The energy consumption of embedded software has become a key factor in embedded system design, and it is a fundamental work of analysis and optimization of energy consumption to measure the energy consumption of embedded software. This paper proposes a statistical model of embedded software energy consumption, including the energy consumptions of processor, memory and I/O controller, etc. Then, by analyzing the instruction cycle of ARM instruction set, a method for computing the instruction cycle number is designed so as to rapidly calculate the processor energy consumption of embedded software. This model has implemented in a high-precision instruction-level energy simulator HMSim. The experimental results show that the error rate of embedded software energy consumption estimated by this model is less than 10% compared with that measured by an electronic instrument.The achieved results also reflect how the embedded system energy consumption is influenced by different software designs.【总页数】5页(P770-774)【作者】刘啸滨;郭兵;沈艳;朱建;王继禾;伍元胜【作者单位】四川大学计算机学院成都610065;四川大学计算机学院成都610065;成都信息工程学院控制工程学院成都610225;四川大学计算机学院成都610065;四川大学计算机学院成都610065;四川大学计算机学院成都610065【正文语种】中文【中图分类】TP302【相关文献】1.ARM处理器+μC/OS的嵌入式软件开发 [J], 黄奇2.基于随机Petri网的嵌入式软件能耗模型 [J], 张晶;王中正;范洪博3.基于LabVIEW的嵌入式软件能耗测量方法 [J], 郭真林;桑楠;江维;宋元凤4.基于流程图的嵌入式软件能耗模型 [J], 刘良江;李庆先;田健;朱宪宇;熊婕5.基于CSP的构件化嵌入式软件能耗分析与评估方法研究 [J], 张滕滕;吴晓;李长德;董云卫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
嵌入式系统软件体系结构.ppt
见的PC机上的USB接口属于哪一类？ 4、简述USB的工作原理及工作方式。 5、常常听到的USB2.0指的是什么？
5、了解其他相关嵌入式软件体系的知识Biblioteka 第四章 嵌入式系统软件体系结构
4.1 基本概念 软件体系结构是包含系统构件、连接件和
约束的集合。 本质：核心内容必须考虑软件系统的结
构。这种结构是包含着各类交互关系、限制 及拓扑结构和设计原则等基本实体。
第四章 嵌入式系统软件体系结构
4.2 软件体系结构的作用 主要体现在两个方面： 1、是整个系统的整体规划
第四章 嵌入式系统软件体系结构
一、主要内容
1、基本概念 2、作用 3、通用软件体系结构 4、轮询系统 5、前后台系统 6、实时多任务系统 7、多处理器系统
第四章 嵌入式系统软件体系结构 二、学习目标
1、掌握嵌入式软件体系模型
2、熟悉嵌入式软件开发流程
3、熟悉软件体系的架构方法
4、掌握常见软件系统的设计和实现过程
2、是系统的抽象框架，越复杂的系统该 作用越明显
4.2 软件体系结构的作用
1、对整个系统的规划 结构性规划，只对系统组成元素、元素之
间应该如何组织才可以实现系统功能等问题 提出解决方法。也可以这么说，该规划只完 成系统的设计思路、功能特点进行描述。参 考图4.1.
4.2 软件体系结构的作用
2、抽象管理框架 完成对现实系统的抽象，体现于软件体系
结构中的各个元素，是从多个实际环境中抽 象出来的。例如在嵌入式系统组成中，就有 所谓的硬件抽象层。这层中，不管底层硬件 如何，只要在该抽象层中，提供了API接口， 那么基本上硬件的驱动就可以完成。
嵌入式软件算法级能耗建模与分析
嵌入式软件算法级能耗建模与分析
张晶;陈沫良
【期刊名称】《计算机工程》
【年(卷),期】2014(040)006
【摘要】针对嵌入式软件算法级能耗的优化问题,建立算法级能耗估算模型.以旅行商问题(TSP)为例,采用神经网络算法、遗传算法等进行能耗求解,对求解过程中的算法执行次数、算法复杂度以及运行时间这3个特征值进行能耗分析,通过能耗估算模型计算出算法针对TSP问题的能耗估算值,并将该估算值与使用sim-panalyzer 功耗仿真平台求解得到的能耗测试值进行比较,结果表明,能耗测试值与估算值的误差在10％左右,证明该能耗估算模型具有较高的准确性.
【总页数】4页(P13-15,28)
【作者】张晶;陈沫良
【作者单位】昆明理工大学云南省计算机应用技术重点实验室,昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500;昆明理工大学云南省计算机应用技术重点实验室,昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500【正文语种】中文
【中图分类】TP311.5
【相关文献】
1.嵌入式软件体系结构级能耗建模方法 [J], 阳馨
2.算法级能耗分析方法研究 [J], 王爱峰;李曦;雷霆;周学海
3.源程序级和算法级嵌入式软件功耗特性的分析与优化方法研究 [J], 罗刚;郭兵;沈艳;廖海艳;任磊
4.嵌入式系统源程序级软件能耗建模与分析 [J], 叶珊;郭荣佐;黄君
5.嵌入式软件体系结构级能耗建模方法 [J], 刘啸滨;郭兵;沈艳;熊冰;王继禾;伍元胜;刘云本
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基于随机Petri网的嵌入式软件能耗模型
基于随机Petri网的嵌入式软件能耗模型张晶;王中正;范洪博【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2017(043)009【摘要】传统的软件能耗测量方式是在软件设计完成后进行实际测量从而得到能耗值,不能在软件的设计初期形成一定的数据量为开发做出参考.为此,从体系结构层面对软件进行构件化处理,基于随机Petri网分别对构件、接口、连接件各模块进行建模与分析,构造出嵌入式软件能耗模型ESPN.给出寻找3种能耗路径的方法,根据能耗状态可达图对软件能耗进行预测并求得其确切值.通过实例化分析与设计验证了该模型的有效性.%Traditional software energy consumption measurement mode is to measure actually after the software design is completed to gain energy consumption value,so it cannot provide references for development via definite data in software design periods.This paper disposes components of software on architecture level.It analyzes the components,interfaces and connectors based on stochastic.Then it constructs the energy consumption model of the embedded software Energy consumption Stochastic Petri Net (ESPN).The method to look for three kinds of energy consumption paths is proposed,the paper forecasts energy consumption and calculates exactly value about the software through the status reachability graphs of energy consumption.The effectiveness of this model is verified by instantiation analysis and design.【总页数】6页(P316-321)【作者】张晶;王中正;范洪博【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500;昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室,昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500;昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室,昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,昆明650500;昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室,昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP393【相关文献】1.基于时间扩展Petri网的实时嵌入式软件体系结构建模及可靠性评估 [J], 许玉堂;殷永峰;孙静;张弛;刘斌2.基于Petri网的嵌入式软件组件的实时性研究 [J], 刘雪艳;张强;寇晓东3.基于流程图的嵌入式软件能耗模型 [J], 刘良江;李庆先;田健;朱宪宇;熊婕4.基于时间Petri网的实时嵌入式软件系统安全性分析 [J], 代彬;陆刚;韩可琦5.基于面向对象模糊Petri网的信息物理系统能耗模型 [J], 余嘉伟;胡海洋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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（ 都信息 工程学 院 控制工程 学院， 成 四川 成都
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Ｔ ｌＦ ｘ ＋８ ． ０． ２ ６ ６ ｅ／ ａ ： ６． ． ５ ２５ ３ １ ６
嵌 入 式软件体 系结构级 能耗建模 方法
刘 滨Ｈ 啸 ，郭 兵 ，沈 艳 ，熊 冰 ，王 禾 ，伍 胜 ，刘 本 继 元 云
倡 导低碳 经 济 的背景下 ， 嵌入式 系统 的 能耗是 一个 日益 引起人 们关 注 的热点 问题， 为嵌入 式系 统设 计的 重要 成
考量 因素 ［＿ 】 】
・
基金 项 目：国家 自然科 学基 金 （１７ ０ ５；四 川杰 出青年 科 技 基 金（０ ０Ｑ ０ １ ６０３４） ２ １Ｊ ０ １） 收稿 时 间：２ １－７ １；修 改 时 间： ０ １０ —６ ０ １０ ．５ ２ １－９０ ；定 稿 时 间： ０ １１－４ ２ １－１１
的角 度 对嵌 入式 软件 的 能耗进 行优 化 ． 但该模 型 采用 线性 回归方 法， 在面 对 多种输 入 时模 型 不具 有通 用性 ， 另
外， 模型的准确性不够稳定．ｅ Ｌ ｅ等人在文献【 描述 了一种基于进程代数的形式化框架， ４ 仲 对能源受限的实时系 统进行建模与分析．ｅｎ等人在文献［】 Ｓｎ ５中针对具体的体系结构建模语言 Ａ Ｄ （ ｅ ａ ｈ ｅｔ ｅａａ ｓａｄ Ａ Ｌｔ ｒ ｉ ｃ ｒ ｎｌｓ ｎ ｈ ｃ ｔ ｕ ｙｉ
ｅ ｅ ｇ ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ａ ｉ ｍｏ ｅ ｉ ｆｅ ｔｖ ． ｎ ｒ ｙ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｔ ｈ ｓ ｒ ｈ ｔ ｄ ｌ Ｓｅ ｆ ｃ ｉ ｅ
Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ
ｅ ｅ ｄ ｄ ｏｔ ｒｅ ｅｅｇ ｍｂ ｄ ｅ ｓ ｆ ｗａ ｎ ｒ ｙ； ａ ｃ ｉ ｃ ｕ ｅ ｅ ｅ ｇ ｍｏ ｅｉ ｇ ｓ ｆｗａ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｑ ａ ｔ ｙ ｒ ｈｔ ｔ ｒ ； ｎ ｒｙ ｅ ｄ ｌ ； ｏ ｔ ｒ ｃ ａ ａ ｔｒ ｓｉ ｎ ｃ ｕ ｎｉ ； ｔ
性函数关 系可被认 为是 一种特殊 的非线性函数关 系） ， 并以此假设 为基础 ， 出了一种利用 Ｂ 提 Ｐ神经 网络在体 系结构 级估 算软件能耗 的模型 ． 能耗模 型对 ５ 个体 系结构 级软件特征 量进行 度量， Ｂ 使用 Ｐ神经 网络拟合 出软件 特征 量与嵌
入 式软件 能耗 的非 线Ｊ ｝ 生函数 关 系， 并通过 实验验证 了模型 的有 效性和假设 的合 理性．
出有 效代码行 数 、构 件数 目、平均 构件接 口复 杂度 、平 均路径 复杂度 、平均 构件耦 合度这 ５个体 系结构 级软 件特 征量 ， 设这 些软 件特征 量与 软件 能耗存 在非 线性 函数 关系， 并假 以此 为基础 建立 了嵌 入式 软件体 系结构 级
能耗 模型． 能耗模 型分析 了上述 软件特 征量影 响嵌入 式软件 能耗 的过程， 出了具体 的度 量方法 ， 给 并使用 Ｂ 神 Ｐ
刘啸滨 等： 嵌入式软件体 系结构级 能耗建模 方法
２１ ３
软件特 征量揭 示 了软件 的某 些本质特 征 ， 过分析 某 些软件特 征 量与软 件能耗 的关 系， 通 以软件 特征 量为 基
础建 立能耗 模型 是嵌 入式软 件 能耗研 究领域 内的一种 合理 、有效 的研 究思路 ． 文从 体系 结构层 面 出发， 取 本 提
ｃ ａａｔｒ ｔ ｕ ｎｉｅ ｎ ｍｂ ｄ ｅ ｆ ｒ ｎ ｒｙａ ｏ ｌ ｅｒ １ ｅ ｒ ｕ ｃｉｎ ｌ ｅａ ｏ ａ ｅｃ ｎｉｅｅ ｓ ｈ ｒｃｅｉ ｉ ｑ ａ ｔｉｓ ｄｅ ｅｄ ｄｓｔ ｅｅｅｇ ｓ ｎｉ ａ （ ｎ ａ ｎ ｔ ａ ｒｌ ｉｎｃｎｂ ｏ ｓ ｒｄａ ｓｃ ｔ ａ ｏ ｗａ ｎ ｎ ｉ ｆ ｏ ｔ ｄ
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关键词 ： 嵌 入式软件能耗； 系结构； 建模 ； 特征 量； 体 能耗 软件 特征量度量 ；Ｐ神经 网络 Ｂ
中图法分 类号： Ｐ １ Ｔ３１ 文 献标识码 ： Ａ
目前 ． 入式系 统在信 息家 电、智 能控制 、军事 电子等领域 得 到了广泛 的应 用． 至 ２ ０ 嵌 截 ０ ９年 底， 世界 嵌入 全 式 设备 的保有量 超过 了 ４ Ｏ亿 台， 量继续 呈快速 增长 的势 头， 且数 每年 电力 消耗达 到 １ ０ ０亿 千 瓦时 以上 ． ０ 在全 球
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差在 ２ ％以内， 明了模型 的有效性 ， ０ 说 同时也 证 明了体系 结构级 软件 特征 量与 嵌入式 软件 能耗 之 间存 在非 线性
关系的假 设是合理 的．
ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｕ ｎ ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ； ｅ ｒ ｌ ｅｗｏ ｋ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔ ｑ ａ ｔ ｙ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ＢＰ ｎ ｕ ａ ｔ ｒ ｃ ｔ ｎ
摘
要： 从软件体 系结构层 面 出发， 假设体 系结构级软件 特征 量与嵌入 式软 件 能耗之 间存 在 非线 性 函数 关系（ 线
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｒｓ ａ ｏ ｗａ ｅ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｒ ｅ ｅ ，ｃ ｎ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｌｒ ｌ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｏ ｔ ｒ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｓａ ｔ ｔａ ｓ ｆ ｒ ｒ ｈ ｔ ｃｕ ｅ １ ｖ ｌ ｏ ｓｄ ｒ ｈ ｕ ｃ ｉ ａ ｅａ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｓ ｆｗａ ｅ ｔ ｏ ｏ
最小和平均能耗进行了定义， 但文章缺乏对该模型有效性的验证． 陈丽琼等人在文献［ 中提出了一种能耗时延 ７ 】
Ｐｔ ｅｒ ｉ网（ Ｃ Ｐ ， Ｅ Ｔ Ｎ） 对系 统的模块 、任 务 、任 务问关系 、通信 协议等进 行建 模， 分析系统 的可调度 性和 能耗约束，
并给出启发式算法计算满足时间约束和能耗约束的可行调度． 赵霞等人在文献［】 ８中提出了一种嵌入式操作系
Ｌｉ ｕ ＸＢ， ｕ Ｓ ｅ Ｘｉ ｎ Ｗ ａ ｇ Ｊ ， ｕ ＹＳ Ｌｉ Ｇ ｏ Ｂ， ｈ ｎ Ｙ， ｏ ｇ Ｂ， ｎ Ｈ Ｗ ， ｕ ＹＢ． Ｅｍ ｂ ｄ ｅ ｏ ｔ ａ ｅ ｅ ｅ ｇ ｄ ｌｎ ｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｄ ｄ ｓ ｆｗ ｒ ｎ ｒ ｙ ｍｏ ｅ ｉ ｇ ｍ ｔ ｏ ｔ
统 能耗 量化 分析方 法， 用微 体系 结构 能耗模 型估算 单 时钟周 期指 令能耗 ， 利 同时提 出基于 软件功 能结 构的操 作 系 统 内核能耗 估算 模型， 估算 分析 内核 执行路 径 、服 务 、例程 、原 子函数 的 能耗 ， 现操 作系统 内核 中显 著影 发 响系统 能耗 的关键 软件模块及 其特征 ． 对 嵌入 式软件 功耗 的研 究 已经 成 为 嵌入式 研究 领域 的研 究者所 关注 的焦 点， 但上 述大 多数 研究 仍然 停 留 在指令 级、源程序 结构级和 算法级 的 能耗 分析 与估算上 ， 更高层 次的体系 结构级 的能耗 分析与估算 的研 究还 对