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DVS技术研究及其在全站仪设备中的应用

作　者: 詹云
导　师: 孙涌
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 全站仪设备 DVS PXA250 低功耗技术
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要


嵌入式系统的功耗随着芯片密度、性能要求的大幅增加呈指数增长,以电池供电的便携式设备的能耗问题尤为突出,随之而来的芯片散热成本增加、芯片稳定性下降等问题严重制约了嵌入式产品的发展,降低系统功耗成为便携式产品设计的关键之一。全站仪设备是采用电池供电,集测量、计算、显示等功能于一体的电子速测仪,系统运行的大量功耗限制了设备野外持续作业的时间,降低全站仪系统功耗可延长该设备持续作业时间,减少因供电不足带来的工作延误。动态电压调节技术(DVS)是一种硬件支持的软件低功耗方法,该技术动态调节处理器执行电压,以适当延长任务运行时间为代价降低系统功耗,具有较好的节能效果。目前对DVS技术的研究以理论算法为主,在具体嵌入式产品中的应用研究较少,本文深入研究了实时DVS算法,并应用于全站仪设备,有效地解决了全站仪设备功耗问题。论文工作主要分为以下三点。(1)通过CMOS集成电路功耗分析给出了DVS技术的低功耗理论依据,在处理器支持电压可调节的基础上,阐述操作系统或编译器协同的DVS低功耗技术框架,并总结分析了实时系统任务调度和实时DVS算法研究现状。(2)针对全站仪系统低功耗应用需求,分析了经典LEDF和Weiser两种实时DVS算法的优缺点。在深入分析全站仪系统DVS算法设计要素和详细阐述OPTASTS算法原理的基础上,针对OPTASTS算法动态空闲时间利用不足和全站仪实时系统具有统计任务的特性,提出了基于处理器利用率修正的改进算法,并在SkyEye平台上验证了改进算法的有效性。(3)结合全站仪系统软硬件,设计了全站仪系统中操作系统指导的DVS低功耗技术框架,实现了基于PXA250处理器的功耗管理层驱动;针对改进OPTASTS算法的应用需求,修改了μC/OS-II任务管理服务,设计实现了μC/OS-II的EDF调度机制;实现了全站仪系统上的改进OPTASTS算法,通过数据分析,证明DVS技术有效地降低了全站仪系统的功耗。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 课题背景与意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 论文工作与技术要点  12-14
    1.3.1 论文主要工作  12-13
    1.3.2 技术要点  13-14
  1.4 论文组织结构  14-16
第二章 实时调度和动态电压调节技术  16-30
  2.1 嵌入式系统低功耗技术  16-22
    2.1.1 集成电路功耗分析  16-18
    2.1.2 低功耗硬件技术  18-20
    2.1.3 低功耗软件技术  20-22
  2.2 实时系统任务调度  22-25
    2.2.1 实时系统任务调度基本概念  22-23
    2.2.2 常用实时系统调度算法  23-25
  2.3 动态电压调节算法（DVS）  25-29
    2.3.1 动态电压调节技术  25-27
    2.3.2 任务间DVS 算法  27-28
    2.3.3 任务内DVS 算法  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 实时混合任务DVS 算法研究  30-48
  3.1 常用实时系统DVS 算法  30-32
    3.1.1 LEDF 算法  30-31
    3.1.2 Weiser 算法  31-32
  3.2 一种基于处理器利用率改进的OPTASTS 算法  32-40
    3.2.1 算法设计框架  32-33
    3.2.2 算法模型  33-35
    3.2.3 电压调节及分析  35-38
    3.2.4 调节因子修正  38-40
  3.3 算法实验与分析  40-47
    3.3.1 实验平台介绍  40-42
    3.3.2 SkyEye 上模拟PXA250 开发板  42-44
    3.3.3 算法实现与数据分析  44-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 DVS 技术在全站仪系统中的应用研究  48-67
  4.1 基于DVS 技术的全站仪系统低功耗框架  48-55
    4.1.1 全站仪系统的DVS 技术框架  48-49
    4.1.2 全站仪系统的低功耗硬件支持  49-51
    4.1.3 全站仪功耗管理层驱动  51-53
    4.1.4 全站仪系统及任务分析  53-55
  4.2 μC/OS-II 内核低功耗优化  55-62
    4.2.1 μC/OS-II 系统任务调度与任务管理  56-58
    4.2.2 低功耗调节对μC/OS-II 内核优化  58-60
    4.2.3 基于PXA250 处理器的μC/OS-II 裁剪与移植  60-62
  4.3 全站仪系统上的动态电压调节算法研究  62-65
    4.3.1 OPTASTS 算法设计与实现  62-64
    4.3.2 全站仪系统低功耗模式设计与实现  64-65
  4.4 全站仪功耗分析  65-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章 总结与展望  67-69
  5.1 总结  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果  74-75
附录 实物图  75-76
致谢  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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