嵌入式系统的功耗管理技术研究

发布时间:2007/8/30 0:00:00 访问次数:383

摘要：根据硬件提供的功耗管理机制，参考Intel和Microsoft公司制订的高级电源管理规范，在嵌入式领域中提出了系统工作的四种功耗模式-常规模块、空闲模式、休眠模式和睡眠模式；通过在嵌入式操作系统中使用功耗管理模块，为应用提供有效的功耗管理机制，同是分析基于操作系统功耗管理机制的功耗管理策略，从而实现系统的低功耗目的。

关键词：移动设计功耗管理嵌入式操作系统

引言

同固定设备相比，移动设备具有功耗低、重量轻和体积小的特点：但移动设备的资源有限，主要反映在能够使用的磁盘、内存、处理能力和屏幕尺寸都比较小，且能够连续使用的时间也比较短。同时，由于移动网络的低带宽、高延迟特点，使移动应用同桌面应用之间存在着较大差别，主要表现为：（1）人机接口。移动计算要求人机接口方式简单，采用传统方式下人们所使用的语音、手写等交流方式。（2）自适应能力。移动计算环境的差异性比较大，并且是不断变化的。为了提供有效的服务，移动设备应该具有环境自适应性，根据变化的环境，采取相应的措施，为用户提供相应的透明服务。（3）应用的个性化。移动设备主要为个人所使用，提供的服务应该能够体现个体的差异性。（4）计算的移动性。（5）资源的有限性。在设计移动计算应用时，应充分考虑所使用的资源的有限性。（6）安全性。由于终端设备容易丢失，使得终端设备不宜用来长期保存数据。

1992年，Sheng认为电池的容量每隔10年能够提高20%[1]；最近的研究则显示，在相当长的时间内，要把电池的容量提高10倍左右几乎是不可能的[2]。因此，研究如何有效地提高电源使用率就变得非常重要。从硬件设计的角度来说，目前主要通过以下方法来研究降低系统功耗的技术；使用更大规模的VLSI组件集成技术来降低电容；提供多种时钟频率；降低工作电压。

本文主要从软件的角度来分析研究降低移动设备功耗的机制与策略，其中包括系统工作的功耗模式、在嵌入式操作系统中使用功耗管理模块以及考虑终端能够在相同电池容量的情况下运行更长的时间。这对于满足普及计算终端的移动性和便携性等特征起着至着重要的作用。

一、系统工作功耗模式

1.硬件特性

为了满足嵌入式应用的低功耗需求，CPU外围设备大都考虑了低功耗特性，并提供了可编程控制的多种功耗工作模式。

对于硬件设备，如果提供了多种功耗工作模式，并能够通过软件编程的方法来实现工作模式之前的切换，就称该硬件设备为可编程功耗管理的设备。

可编程功耗管理设备的目的在于提供功耗可以变化的工作模式。就CPU来说，为达到低功耗目的，提供了多种功耗管理机制，如：

*允许停止CPU时钟；

*能够工作于多种时钟频率；

*CPU中的模块能够被单独停止工作。

在DragonBall系列芯片MC68VZ328中，为适应PDA和智能电话等移动设备的需要，就采用了如下低功耗处理措施：采用静态的HCMOS技术；具有低功耗的停止特性；各模块可以被单独停止工作；低功耗控制模式；可工作于DC到33MHz的处理器时钟频率；可工作于2.7～3.3V的工作电压。

对于外围设备，也大都提供了多种功耗工作模式，如：

*睡眠模式，能够维持设备的基本功能；