嵌入式及其低功耗技术.doc

嵌入式及其低功耗技术姓名：鲁晓珊 班级：信研1104班 学号：1049721102832一、嵌入式技术概述嵌入式系统就是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应于系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。目前嵌入式系统除了部分为32 位处理器外,大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微控制器(MCU) ,嵌入式系统是计算机应用的另一种形态,正如前所述它与通用计算机应用不同:嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。从硬件方面来说，不仅有各大公司的微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包。目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究，已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有。而且巨大的市场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。从软件方面来说，也有相当部分的成熟软件系统。国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，中科院推出的Hopen嵌入式操作系统（虽然还不够完善）。二、嵌入式低功耗技术在嵌入式系统的设计中， 低功耗设计技术成为许多设计人员逐渐关注的问题， 其原因在于嵌入式系统已被越来越多的应用在便携式和移动性较强的产品中，而这些产品往往要靠电池来供电。实际上，这些年来，有关电池的储能密度并没有得到大的进步。而对于便携设备，尤其是手持消费品而言，如果单靠提高电池容量来提高续航能力似乎并不完全切合实际。因此，为提高设备性能，设计人员更需要从每一个细节考虑降低硬件系统本身的能耗。低功耗设计也已经成为一个越来越迫切的问题，从硬件和软件两方面来考虑嵌入式系统中低功耗设计。1、硬件的低功耗设计采用CMOS集成电路工艺技术，动态功耗公式为：P=CVVF,P代表CMOS芯片的动态功耗，C代表CMOS芯片的负载电容，V和f分别代表CMOS芯片的工作电压和工作频率。使用CMOS系列电路时，其不用的输入端不要悬空，尽量采用输出为高的原则。尽可能地将嵌入式系统的内部存储器RAM转换为外部的闪存FLASH，尽量使用集成度高的器件，以减少电路中使用元件的个数，减少整机的功耗。微处理器的功耗P=Pcore(内核功耗)+Pio(外部接口控制器功耗)，对于Pcore， 其关键在于供电电压和时钟频率的高低，可以尽可能降低微处理器的时钟频率，对于Pio，除了各个专门I/O控制器的功耗外，还有地址/数据总线宽度，总线宽度越宽，处理能力越大，功耗也越大。所以降低功耗，必需让总线位数变窄。采用多CPU系统，并通过设置使CPU尽可能工作在空闲状态，使用时再通过相应的中断唤醒CPU，以恢复到正常工作模式来处理响应的事件，然后再进入空闲模式。所以设计系统时，尽量降低处理器的时钟频率。另外可采用分区/分时供电技术来降低功耗，利用开关控制电源供电单元， 在某一部分电路处于休眠状态时，关闭此部分电路的供电电源，仅对工作部分组件供电。2、软件的低功耗设计优化编译器可以进行有效的软件低功率化，从而生成效率更高的代码，以降低嵌入式设备的功耗。可以把具有数据运算处理功能的硬件电路用软件来实现，采用软件代替硬件电路。用软件进行设计时，除非系统本身已要求采用查询方式，否则应尽可能采用中断方式进行编程。采用定时器延时程序，通常嵌入式处理器进入待机模式后，CPU会停止工作，而定时器可以正常工作，由于定时器的功耗很低，故当处理器调用延时程序后，嵌入式系统便可进入待机模式，此时定时器可以继续工作，定时时间一旦结束，即可唤醒CPU重新进入工作，这样不但降低了CPU功耗，还提高了CPU的工作效率。采用大量现成的公式和计算方法，可以节省系统内部运算的时间，减少功耗。另外，在嵌入式系统允许的误差情况下， 也可以近似用比较简单的函数来取代复杂函数进行运算，从而减少功率消耗。三、嵌入式技术的应用前景嵌入式控制器的应用几乎无处不在:移动电话、家用电器、汽车无不有它的踪影。嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点,其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域,对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。嵌入式技术向着这样几个方面发展：嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬