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嵌入式系统的低功耗设计技术研究

作　者: 张文亮
导　师: 张利
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 嵌入式系统 低功耗设计 设备调度 动态电源管理
分类号: TP368.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要


随着嵌入式系统在体积和性能方面的不断提高,体积小、性能高与电池能量有限之间的矛盾日益突出,嵌入式系统低功耗设计技术是解决这一矛盾的有效手段。低功耗技术包括硬件和软件两个方面。硬件低功耗技术包括处理器低功耗技术、存储器低功耗技术、时钟低功耗技术以及A/D低功耗技术。软件低功耗技术分为设备调度策略和动态电源管理技术。设备调度策略包括在线设备调度策略和基于调度能耗/任务截止期的设备调度策略;动态电源管理技术分为timeout技术、预测技术和随机技术。为了解决复杂嵌入式系统的低功耗设计,提出了一种新的动态电源管理技术——基于双重预测模型的动态电源管理技术。在该策略中,建立了以BP神经网络和ALT(Adaptive Learning Tree)算法为基础的双重预测模型,预测系统的下一个空闲时间和任务;根据预测结果,以实现最低功耗为原则对整个嵌入式系统的资源进行管理。实验结果表明:与其他策略相比,该策略能够进一步降低系统的平均功耗,而且适用性更加广泛。最后实现了车载嵌入式系统低功耗设计。在硬件低功耗设计中主要进行了低功耗电源设计和供电电路设计;基于功能之间的不确定性和功能内任务之间的确定性,软件低功耗设计采用了分层设计技术:在功能级采用基于双重预测模型的动态电源管理技术,在任务级采用了设备调度策略。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-13
第一章 引言  13-19
  1.1 研究目的  13
  1.2 研究背景  13-17
    1.2.1 功耗  13-15
    1.2.2 低功耗设计技术  15-17
  1.3 研究内容  17-18
    1.3.1 拟解决的问题  17
    1.3.2 预期效果  17-18
  1.4 课题来源和论文结构  18-19
    1.4.1 课题来源  18
    1.4.2 论文结构  18-19
第二章 硬件低功耗设计技术  19-31
  2.1 处理器的低功耗设计技术  19-22
    2.1.1 处理器工作模式  19-20
    2.1.2 处理器低功耗技术  20-22
  2.2 存储器的低功耗设计技术  22-28
    2.2.1 SRAM的低功耗设计技术  23-24
    2.2.2 Register File的低功耗设计技术  24-26
    2.2.3 Cache的低功耗设计技术  26-27
    2.2.4 MMU的低功耗设计技术  27-28
  2.3 时钟的低功耗设计技术  28-29
    2.3.1 时钟模型  28
    2.3.2 动态时钟管理技术  28-29
  2.4 A/D模块的低功耗设计技术  29-31
    2.4.1 A/D模块的电源管理模型  29
    2.4.2 A/D模块的低功耗设计技术  29-31
第三章 软件低功耗设计技术  31-43
  3.1 设备调度策略  31-39
    3.1.1 在线设备调度策略  31-35
    3.1.2 基于调度能耗/任务截止期的设备调度策略  35-39
  3.2 动态电源管理技术  39-43
    3.2.1 Time out技术  39-40
    3.2.2 预测技术  40-41
    3.2.3 随机控制技术  41-43
第四章 基于双重预测模型的动态电源管理技术  43-50
  4.1 问题描述  43-44
  4.2 双重预测模型  44-45
    4.2.1 BP神经网络  44
    4.2.2 ALT算法  44-45
  4.3 控制策略  45-48
    4.3.1 低功耗时间阀值的确定  45-47
    4.3.2 控制过程  47-48
  4.4 实验与结论  48-50
    4.4.1 DPDPM策略的适用性  48
    4.4.2 DPDPM策略与PCF策略的性能比较  48-50
第五章 车载嵌入式系统的低功耗设计  50-71
  5.1 低功耗电源设计  51-54
    5.1.1 设计要求  51
    5.1.2 硬件设计  51-53
    5.1.3 软件设计  53-54
  5.2 供电电路设计  54-59
    5.2.1 外设供电要求  54
    5.2.2 5V供电电路设计  54-56
    5.2.3 3.3V供电电路设计  56-57
    5.2.4 3.8V供电电路设计  57-58
    5.2.5 3.0V供电电路设计  58-59
  5.3 基于任务的设备调度技术设计  59-64
    5.3.1 系统功能描述  59-60
    5.3.2 功能-任务-设备对应关系  60-61
    5.3.3 设备调度的设计与实现  61-64
  5.4 基于功能的动态电源管理技术设计  64-71
    5.4.1 系统描述  64-65
    5.4.2 任务与功能的功耗计算  65-68
    5.4.3 低功耗阀值计算  68-70
    5.4.4 控制策略执行  70-71
第六章 总结与展望  71-73
参考文献  73-77
附录  77

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