嵌入式系统低功耗软件技术分析

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摘要：嵌入式系统分析的时候，最重要和最关键的就是功耗问题，想要保证有效降低功耗，应该从系统角度来分析嵌入式系统问题，低功耗嵌入式系统不但需要硬件设备的保证，也需要系统软件技术的支持，合理优化配合系统软件和硬件技术，才能达到真正降低嵌入式系统功耗的目的，本文主要分析了嵌入式系统低功耗软件技术。

关键词：嵌入式系统；低功耗；软件技术

一、嵌入式系统功耗问题概述

目前，不断发展计算机技术，开始广泛应用嵌入式系统，越来越高要求系统功耗问题。在嵌入式系统中应用电池供电的便携设备，因为是有限的电池存储量，不能持续为设备提供电量。一般来说，为了能够具备比较高性能，需要合理安置高性能CPU，依据实际运行规范，适当提高外围设备数量，会降低系统功耗，衡量嵌入式系统性能的关键就是低耗能，为了能够具备最平衡的高耗能和高性能需求，在符合系统实际运行性能要求基础上，尽可能降低系统耗能，从而确保可以长期运行系统，从软件和硬件两方面分析系统节能问题[1]。

二、嵌入式系统低功耗软件技术设计

（一）应用软件编写的节能设计。

第一，中断替代系统中查询。系统简单应用中，不管应用哪种程序方式都不会出现很大差异，差别大的就是消耗功率。中断方式处理系统中，中央处理器可以不做任何事，或者能够直接进入到等待或停止模式；如果是查询形式，需要中央处理器不断访问I/O寄存器，出现额外功率。第二，代替子程序。设计人员都知道，相比较读RAM来说，读Flash消耗功耗比较小，因此，在设计CPU的时候，RAM会展现低功耗性能，但是仅仅只能一次调用子程序，子程序进入到CPU以后，会暂时存储中央处理器寄存器，离开系统的时候，CPU会弹出寄存器，此时至少需多次操作RAM，因此，设计人员在设计程序系统的时候，利用宏来代替子程序来。设计中是在子程序、还是宏上调用系统没有很大区别，但是编译的时候会依据中央处理器进行实施，避免调用子程序，但是最重要的就是增加代码数量，上述方式可以适当降低系统功耗[2]。

（二）应用程序编译的节能设计。

第一，降低冗余代码。处理器处理系统时候消耗30%能量就是cache消耗的能量，此外，如果不能命中cache的时候，会交换内容，所以，外部总线被驱动的过程中会增加能量，编译程序的时候适当降低冗余代码，会极大程度降低cache活动，以便于达到降低系统功耗的目的。第二，优化I/O功耗技术。系统中比重中，驱动I/O端口需要的能量在整个系统中具备极大比重，因此，为了能够降低系统耗能量，应该适当降低应用驱动I/O端口次数，也就是依据编码设计技术来不断降低和压缩I/O数据，从而达到降低I/O频率的目的。优化和分析应用程序存储局部性访问性能和交换总线地址活动性质的时候合理应用编译器，从而达到编译编码的目的，此外，还需要系统硬件具备一定解码作用。在分析系统程序的过程中，不断优化局部高频数据性能，从而降低操作访问系统频率和次数，不仅可以降低系统功耗，还能为系统运行提供能量。

（三）硬件低功耗节能技术。

第一，DPM。动态管电源管理（DynamicPowerManagement）可以依据嵌入式系统实际运行情况来适当关闭不需要的系统设备，如，硬盘或者显示器等，第二，依据系统运行实际负载来合理调整总线频率和中央处理器波率。目前，已经具备完全智能化的管理动态电源方式，在没有人为原因接入和干扰的前提下，能够快速转换系统运行速度，一般每秒能够实施几百次，从而能够达到节能的作用。第三，APM。高级电源管理（advancedPowerManagement）主要就是用来为系统提供BISO管理电源机制，在开发系统的时候适当把硬件编程接口加入BISO中，能够成为沟通操作系统和主办的重要枢纽，建立APM-BISO，上述方式能够依据实际情况来有效合理调整系统自身硬件耗能[3]。

结语

总之，由于不断发展微电子技术，嵌入式系统开发中低耗能成为重要问题，从应用程序编译的节能设计、硬件低功耗节能技术、应用软件编写的节能设计三方面分析优化系统功耗问题，尽可能降低系统功耗。

参考文献

[1]刘露,李小进,张宏等.基于访存特性的嵌入式移动设备软件低功耗优化方法[J].计算机应用研究,2014(11):3392-3396.

[2]宋彦,郭兵,沈艳等.嵌入式系统低功耗的软件实现方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,11(9):4-7.

[3]王奇,徐文韧,唐克等.嵌入式系统的软件低功耗技术实现策略[J].舰船电子工程,2013,33(3):74-76.

作者：付强 单位：北京信息职业技术学院