淺析嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的低功耗技術(shù)

　　對于一個嵌入式系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的工作量隨時都在改變，不可能所有的組件任何時刻都在工作，故可采用分區(qū)/分時供電技術(shù)來降低功耗，可利用開關(guān)控制電源供電單元，在某一部分電路處于休眠狀態(tài)時，關(guān)閉此部分電路的供電電源，僅對工作部分組件供電。其供電原理如圖1所示。

圖1 分區(qū)分時技術(shù)原理圖

　　2 軟件的低功耗設(shè)計

　　2.1 優(yōu)化編譯器

　　在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，軟件起著引導(dǎo)硬件活動的主導(dǎo)作用，也對系統(tǒng)的能量消耗有很大的影響。過去幾年的研究主要是針對硬件部分，而現(xiàn)在，研究設(shè)計人員則更注重通過優(yōu)化軟件部分來降低系統(tǒng)功耗。要想對軟件進(jìn)行優(yōu)化，必須選擇正確的編譯方法，以降低程序執(zhí)行的功耗。編譯器的作用就是將由高級語言編寫的程序(如C/C++等)，翻譯成能夠在目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行的程序。同時，也使得程序的可讀性和可維護(hù)性得到保證，提高了軟件開發(fā)的效率。另外，將程序移植到新的目標(biāo)機(jī)上，也只要用相應(yīng)的編譯器對程序進(jìn)行重新編譯即可，而不必重新編寫程序。但是，在某些情況下，這樣會影響程序的執(zhí)行性能。編譯器的有效性以及它所生成的代碼效率，可以與匯編語言代碼相比較得出。事實上，在一個程序中，每一條指令都將激活微處理器中的某些硬件部件，因此，正確選擇指令可以降低處理器的功耗。通過優(yōu)化編譯器可以進(jìn)行有效的軟件低功率化，從而生成效率更高的代碼，以降低嵌入式設(shè)備的功耗。

　　2.2 采用軟件代替硬件電路

　　一般的硬件電路都存在功耗，所以，可以把具有數(shù)據(jù)運(yùn)算處理功能的硬件電路用軟件來實現(xiàn)，例如濾波電路，指數(shù)、對數(shù)運(yùn)算電路、抗干擾電路等。但是，任何事情都不是絕對的，部分硬件電路到底能否通過軟件來實現(xiàn)，此外，還要考慮處理大量的軟件數(shù)據(jù)，需要提高處理器的性能和功耗等，同時要考慮這是否合算。

　　2.3 中斷驅(qū)動技術(shù)設(shè)計

　　把整個嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計成多個事件來處理，而在系統(tǒng)上電初始化時，主程序只進(jìn)行系統(tǒng)的初始化(包括寄存器、外部設(shè)備等)，初始化完成后，進(jìn)入低功耗狀態(tài)，然后把CPU控制的設(shè)備都接到中斷輸入端上。當(dāng)外設(shè)發(fā)生了一個事件，即產(chǎn)生中斷信號，使CPU退出節(jié)電狀態(tài)而進(jìn)入事件處理，事件處理完成后，繼續(xù)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。

　　在嵌入式程序設(shè)計時，一個程序到底使用中斷方式還是查詢方式，對于一些簡單的應(yīng)用并不那么重要，但在其低功耗特性上卻相去甚遠(yuǎn)。使用中斷方式，微控制器可以什么都不做，甚至可以進(jìn)入等待模式或停止模式； 而在查詢方式下，微控制器必須不停地訪問寄存器，這會帶來很多額外的功耗，所以，用軟件進(jìn)行設(shè)計時，除非系統(tǒng)本身已要求采用查詢方式，否則應(yīng)盡可能采用中斷方式進(jìn)行編程。　　2.4 定時器延時程序的采用

　　當(dāng)軟件設(shè)計中需要用到延時程序時，設(shè)計人員應(yīng)多使用定時器延時方法來進(jìn)行設(shè)計。這是因為，通常嵌入式處理器進(jìn)入待機(jī)模式后，CPU會停止工作，而定時器可以正常工作，由于定時器的功耗很低，故當(dāng)處理器調(diào)用延時程序后，嵌入式系統(tǒng)便可進(jìn)入待機(jī)模式，此時定時器可以繼續(xù)工作，定時時間一旦結(jié)束，即可喚醒CPU重新進(jìn)入工作，這樣不但降低了CPU功耗，還提高了CPU的工作效率。而如果采用查詢方式，則CPU會不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行查詢，由于CPU時刻工作，這樣不但效率低下，同時處理器功耗也很大。

　　2.5 算法優(yōu)化

　　優(yōu)化算法多出現(xiàn)在嵌入式DSP中，采用大量現(xiàn)成的公式和計算方法，可以節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算的時間，減少功耗； 另外，在嵌入式系統(tǒng)允許的誤差情況下，也可以近似用比較簡單的函數(shù)來取代復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，從而減少功率消耗。

　　3 結(jié)束語

　　嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計涉及到硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面，在實際系統(tǒng)應(yīng)用時，低功耗的設(shè)計并非是單方面的因素，需要綜合考慮各種可能的原因、條件和狀態(tài)，應(yīng)把硬件設(shè)計和軟件設(shè)計綜合起來進(jìn)行考慮，并對細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真的分析，同時對多種可能的方案和方法進(jìn)行計算和總結(jié)，這樣才可能取得較為滿意的效果，最終達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的目的。