嵌入式系统中外围器件的能耗估算方法

在目前的嵌入式系统中，外围器件是造成大量能耗的主要原因，本文介绍一种精确到每个周期的外围器件的能耗计算方法，利用它可以计算轮询、I/O中断和直接存储器存取(DMA)过程的能耗，由此得出整个软件运行的能耗曲线，让软件设计工程师可确定在程序流中的哪一程序段正在消耗大量的功率，因而可以从软件设计角度优化嵌入式产品设计。

在嵌入式系统中，能量的大部分被音频、视频和无线连接这样的外围器件所消耗，本文介绍了一种精确到每个周期的能耗曲线的测试工具。通过能耗曲线，软件设计工程师可确定在程序流中的哪一程序段正在消耗大量的功率。

在处理器和外围器件之间有两种不同类型的通讯协议，即轮询和基于中断的通讯。采用DMA可以使内存和外围器件之间直接访问。各个I/O元件是以不同的运行模式工作的，对于各个模式，每一个周期值的相应能耗可由制造商的数据表中所给的功率及性能值计算出来。下面本文将从能耗优化问题的提出、方法和仿真结果三个方面讨论嵌入式系统中外围器件的能耗估算问题。

能耗优化问题的提出

过去，大量的研究工作仅单独考虑处理器的能耗，在当前的嵌入式系统中，处理器在总能耗预算中占有限的比率，有一些研究工作探讨了处理器和内存之间的存储和通迅系统的能耗优化问题。但是，目前的便携嵌入式系统常运行多媒体应用，该应用需要多种外围器件，像音频和无线连接这样的外围器件对能耗就有很大影响，对于无线连接，其影响可达到总系统能耗的60%。

有人提出了一种用于优化外围器件及其驱动器的方法，他用事件驱动的有限状态机附加约束和综合模式来定义器件驱动器的行为，器件驱动器用给定的约束条件自动合成，其目的是自动建立与器件驱动器无关的平台，该平台可很容易地被映射为专用平台，但是问题在于没有提出考虑了外围器件的系统级能耗仿真器。

本文介绍的能耗驱动的优化方法对外围器件进行精确到每个周期的能耗仿真，用于这类器件的能耗模型由制造商所提供的数据表建立。精确到每个周期的仿真器(cycle accurate simulator)可仿真MP3音频重放或MPEG视频等先进的嵌入式系统的实时应用。本文介绍的能耗曲线能够显示包括外围器件的每个硬件元件(如处理器)上每个软件程序段所消耗的能量，由此得出总的系统能耗曲线。