嵌入式系统低功耗软件技术的研究与探索

略； 同时 ， 于软件 的节能设计方 面也没 有具 体可行的操作 关 标准来作为 参考 。但 是软 件 设计 方 面具 有很 大 的节 能潜 力， 需要 软件工程师给予充分的重视 。 （） １ 使用 “ 中断” 替换 “ 查询 ” 。对 于某 些简单 的应 用 ， 程 序是使用 中断方式 或者是 查询 方式都 没有多 大差别 ， 主 要 是在 功率 消耗 的特性上 相差 比较大 。采用 中断方式 时 ，
式系统的低功耗运行。 （ ） 一 应用 软件 编写 的节 能设 计
能耗获得最佳 的平衡 ， 在满 足嵌入式 系统性 能运 行要 求 的 前提之下 ， 要在最大程度上降低系统的能耗 问题 ， 而延 需 进
长 系 统 的运 行 时 间 。
人们没有充分认 识到软件在系统节能降耗方 面的积极
多嵌入式系统得到 了广泛 的应用 。嵌入式系统对 于功耗要
求 比较高 ， 首先 ， 使用 电池供 电的便携式设备 中大量应用 了 嵌入式 系统 ， 一般而言 ， 电池 的存 电量有 限 ， 难对设 备进 很
行 持续 供电 ； 其次 ， 通常为 了提高 系统 的性 能 ， 一般 需要 配 置 高性能的中央处理器 （ Ｐ ， Ｃ Ｕ） 另外 软 件 技 术 的研 究 与探 索
刘桂 荣
（ 台职 业 学院 汽车 工程 系 ， 烟 山东 烟 台 ２４７ ） ６６０
摘 要 ： 于嵌入式 系统而 言， 对 功耗 问题 是一个非常关键 而且 重要 的 问题 。如果 想要 从整体 上有效 降低功耗 ， 需 要从 系统的观点来审视嵌入式 系统的功耗 问题。 实现嵌入式 系统的低功耗 ， 不仅仅 需要 系统硬 件方 面的支持 ， 更 加需要从软件设计方 面进行慎重考虑 。只有真正做到硬件方 面和软件方面的优化配合才 能真正 实现嵌 入式 系统 的低功耗运行。在本文 中， 笔者 着重分析 了嵌入 式 系统低 功耗软 件技 术。
关 键 词 ： 入 式 系统 ； 功 耗 软 件 技 术 ； 态 电 压调 节 ； 态 电 源 管理 嵌 低 动 动 中图 分 类 号 ：Ｐ ０ Ｔ ３９ 文献标识码 ： Ａ
嵌入式 系统及其节能设计 计算机技术在今天 获得 了快 速 的发展 和进步 ， 来越 越
一
、
略 ． 夕 围设 备管理程 序能够 通过预装 合适 的驱动 程序 来对 外 围设备的能耗进行科 学 的管理 ， 实现能 耗和性 能的 最佳 平衡 ； 处理 器调度算 法能够通过对 Ｃ Ｕ的工作 电压 和工作 Ｐ
得最佳的平衡点 ， 低能耗 已经 成为嵌入 式系 统性 能指标 的 重要衡量标准之一 。为 了让嵌入式系统能够在高性 能和高
实现嵌 入式 系统 的低功耗 ， 不仅 仅需要 系统 硬件 方面 的支持 ， 更加需要从软 件设计 方 面进行 慎重考 虑 。只 有真 正做到硬件方面和软件方面的优化配合才能真正 实现嵌入
作用 ， 为主要 的原 因就是 ， 最 硬件方 面的节能缺 陷能够很快 地被人们发现 ， 是软件方 面 的同样缺 陷则非 常容 易被忽 但
通常 而言 ， 嵌入式系统需 要在 硬件方 面和 软件 方面来 考虑关 于节 能的问题 。首先从硬件设计方面 出发遵循节 能 要求 ， 系统运行一般 的物质载体是硬件 ， 现硬件的节能设 实 计是 实现 系统 节能 的必要 基 础。对 于系统 的硬件 节 能而 言， 其节能设计主要体现在两个方面 ： 首先是 降低 各个元器
频率来实现节约能耗 的效果 。其次 ， 应用程序的节能设 计。
该应用程序 可以将程 序与 系统的 电源管理 机制 进行 匹配 ， 构建能耗 的约束 环境 ， 确保 程序 和 电源管理 机制进行 有效
的 配合 。 二、 嵌入式软件的低功耗技术分析
需要增加更多的外 围设 备 ， 系统功耗 也必 然会增 加 。正 是 基 于 以上考虑 ， 便携设 备通常要 在高 能耗和 高性 能之 间获
译程 序的节能设计等 。首先 ， 嵌入式操作系统 的节能设计 。
访问 ， 这样就会带来额外的功耗 ｊ 。 （） ２ 使用“ 替 换 “ 宏” 子程 序” 。程 序员都应 该 清楚 ， 读
Ｆａｈ比读 Ｒ Ｍ 时 需 要 的功 耗 小 Ｊ 所 以 ， Ｒ 由于 突 出 ｌｓ Ａ 。 ＡＭ
的低功耗性 能在 Ｃ Ｕ设 计上 只允 许调 用一 次子 程序 。由 Ｐ
第３ ２卷 第 ８期
２０ ｌ ２年 ８ 月
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Ｖｏ ． ２， １ ３ Ｎｏ． ８
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Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｎｎ ｉ ｅ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＸｉｎ ｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒｉ
文 章编 号 ：０ ６— ３ ２ ２ １ ）８—０ ５ Ｏ １ ０ ５ ４ （０ ２ ０ １８一 ２
Ｃ Ｕ能够什么都不做 ， 者可 以进入到 停止模 式或等 待模 Ｐ 或 式… ； 在查 询方 式下 ，Ｐ 但 Ｃ Ｕ是在不停地对 Ｉ０寄存器进行 ／
件 的漏 电流和负载电容 ； 其次是 降低 电路的无 用活 动和无 用逻 辑。 硬 件 的节 能设 计 重 点 主要 体 现 在 中央 处 理 器 （ Ｐ 和外 围设备 这两个 方 面的节 能设 计上 。在 Ｃ Ｕ的 Ｃ Ｕ） Ｐ
节 能设计 方面 ， 主要采用 Ｄ Ｓ ｄｎｍ ｃｖｌ ｇ ｃｌ ｇ动 态 Ｖ （ ｙ ａ ｉ ｏ ａｅｓａ ｎ ， ｔ ｉ 电压缩放 ） 技术 、ａｈ 部 分关闭技 术以及门控时钟技术等 ； ｃｃｅ
在外 围设 备的节能设计方面 ， 主要采用 以下技术 ： 闲设 备 空 智能关闭技术 以及依照系统需求智能降低部分外 围设 备的 服务质量等等 。对于软 件方面 的节 能设 计方 面 ， 主要包 括 嵌入 式操 作系统的节能 设计 、 应用程序 的节 能设计 以及 编