嵌入式系统的动态电源管理架构
摘要：分析嵌入式系统对动态电源管理的需求，并在此基础上提出了与之适应的，以策略框架为中心的系统级动态电源管理架构。利用这种构架可以整合针对不同组件的动态电源管理算法和机制，从系统角度进行行之有效的管理。该架构应用于TD-SCDMA无线终端上，平均能耗下降了50%，取得良好的效果。关键词：动态电源管理（DPM） 功率监控 实时嵌入式操作系统
1 简介
随着系统集成技术和无线通信技术的快速发展，嵌入式系统的应用日趋网络化。尤其是无线通信系统中，人们对嵌入式设备提出了更高的要求：除了提供基本的语音、数据通信等基本功能外，还需要事例复杂的多媒体应用。这就要求嵌入式系统在满足必要的实时性前提下，提供更高的计算性能和大容量的存储空间；在这些系统一般都带有电池部件并通过它向整个系统供电。满足高性能要求的代价是更大的能量消耗，这就必须缩短电池的供电时间。大量研究证明，系统处于空闲的时间占整个运行时间的相当大一部分。电源管理就是为了减少系统在空闲时间的能量消耗，使嵌入式系统的有效能量供给率最大化，从而延长电池的供电时间。
为了延长电池的使用时间，在硬件领域，低功耗硬件电路的设计方法得到了广泛应用。然而仅仅利用低功耗硬件电路仍旧不够，进一步的，在系统设计技术中，提出了“动态电源管理DPM（Dynamic Power Management）”的概念。在DPM中，普通的方法是把系统中不在使用的组件关闭或者进入低功耗模式（待机模式），另外一种更加有效的方法就是动态可变电压DVS和动态可变频率DFS。通过在运行时态动态地调节CPU频率或者电压。可以在满足瞬时性能的前提下，使得有效能量供给率最大化。
硬件上提供的低功耗机制，需要软件实现上来发挥它的效能。理想的条件下，是希望在系统中，以“功率监控（power-aware）”的方法，管理不同的系统资源（硬件和软件上的资源），这样才能满足嵌入式系统高性能和低功耗的要求。据研究显示，系统范围内能量的骤降，完全因为系统任务的工作负荷急剧增加和外设的频繁利用。必然地，实时嵌入式操作系统就成了唯一理想的来实现软件上的DPM。这是因为：①实时嵌入式操作系统可以决策不同应用任务的运行，可以收集任务相关的实时限制信息和性能需求信息；②实时嵌入式操作系统可以直接控制底层的硬件，利用硬件提供的DPM技术或者机制。
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