【摘要】：隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)性能提升的同時也使功耗問題成為制約系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的重要因素。傳統(tǒng)上處理器被認為是嵌入式系統(tǒng)中最耗能的部件,目前相關(guān)節(jié)能研究和實現(xiàn)相對成熟。隨著內(nèi)存需求的提高和實時系統(tǒng)應(yīng)用范圍的擴大,降低這些非CPU部件——內(nèi)存和外設(shè)的能耗,成為降低系統(tǒng)功耗的重要部分。目前的內(nèi)存節(jié)能技術(shù)通常利用內(nèi)存系統(tǒng)支持的低功耗狀態(tài),通過軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)節(jié)能。但是,這種方法沒有考慮到任務(wù)與內(nèi)存訪存行為間的關(guān)系,其節(jié)能程度受到內(nèi)存硬件本身的限制。目前的外設(shè)節(jié)能技術(shù)的研究,受到制造工藝、供電電壓、頻率等的限制。同時,隨著實時應(yīng)用的發(fā)展和軟硬實時任務(wù)模型研究的深入,外設(shè)節(jié)能技術(shù)需要考慮軟硬實時任務(wù)在外設(shè)上執(zhí)行的問題。本文針對內(nèi)存和外圍設(shè)備分別提出節(jié)能調(diào)度技術(shù),并滿足任務(wù)的實時性和降低設(shè)備能耗的要求。本文的研究包括以下兩點:(1)提出了一種基于任務(wù)調(diào)度的內(nèi)存節(jié)能調(diào)度技術(shù)該技術(shù)基于任務(wù)在內(nèi)存塊上的訪存行為,建立了任務(wù)與內(nèi)存塊之間的對應(yīng)關(guān)系模型。任務(wù)調(diào)度模塊利用該模型,對內(nèi)存訪問模式相近的任務(wù)做連續(xù)調(diào)度,減少內(nèi)存塊的狀態(tài)切換能耗,從而達到內(nèi)存節(jié)能目的。(2)提出了一種基于任務(wù)調(diào)度的外圍設(shè)備節(jié)能調(diào)度技術(shù)該技術(shù)基于實時性約束條件(m,k)-firm對周期性任務(wù)的作業(yè)進行分類,放松部分作業(yè)的響應(yīng)時間。任務(wù)調(diào)度模塊利用放松的響應(yīng)時間,將作業(yè)盡可能集中調(diào)度,減少外設(shè)的狀態(tài)切換能耗,從而達到外設(shè)節(jié)能目的。本文通過軟件模擬的方法進行實驗,獲取設(shè)備狀態(tài)切換次數(shù)和設(shè)備能耗數(shù)據(jù),并對實驗結(jié)果進行分析。實驗結(jié)果表明,本文提出的方法與目前已有的算法相比,設(shè)備在有效休眠時間的收集和能耗節(jié)約方面均能獲得較好性能。
【圖文】：

圖 1.1 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖臺除了核心部件——處理器，還包括存部件。其中，存儲系統(tǒng)用來存放系統(tǒng)所需決定了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)的獨系統(tǒng)內(nèi)一些不必要的硬件部件進行剪裁，各功能模塊獨立設(shè)計，因而系統(tǒng)的設(shè)計和能為系統(tǒng)增加新的功能。目前，嵌入式系，特別是在移動設(shè)備領(lǐng)域，出現(xiàn)了智能手改變?nèi)藗兩詈凸ぷ鞯漠a(chǎn)品。相信隨著計來越多的嵌入式設(shè)備會出現(xiàn)，并提高人們統(tǒng)的能耗問題系統(tǒng)的一個重要性能指標，是制約嵌入式

目前其相關(guān)節(jié)能研究已經(jīng)相對成熟。然而，針對嵌入式系統(tǒng)中的內(nèi)存子系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)研究則遠不及此。圖1.2 和圖 1.3 顯示了 45nm 級的 Intel 處理器在不同電壓頻率下，系統(tǒng)功耗的組成[19]。如圖 1.2 所示，當 CPU 頻率為 1GHz 時，內(nèi)存和內(nèi)存控制器消耗的能耗占系統(tǒng)總能耗的 19%。如圖 1.3 所示，，當處理器的頻率為 125MHz 時，內(nèi)存和內(nèi)存控制器消耗的能耗占系統(tǒng)總能耗的 69%，此時的內(nèi)存子系統(tǒng)比處理器消耗的能耗還要高。另外，內(nèi)存的靜態(tài)功耗也不容忽視，特別是為了保持內(nèi)存數(shù)據(jù)的刷新能耗。有研究顯示，雙核處理器在空閑狀態(tài)下的功耗約為 0.5W 到 1.05W，但是 128M 的 DRAM 內(nèi)存的刷新功耗就達到 0.926W[20]。隨著嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存帶寬和容量需求持續(xù)增加
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP368.1

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本文編號：2631608