淺析嵌入式系統設計中的低功耗技術(shù)

　　對于一個(gè)嵌入式系統來(lái)說(shuō)，系統的工作量隨時(shí)都在改變，不可能所有的組件任何時(shí)刻都在工作，故可采用分區/分時(shí)供電技術(shù)來(lái)降低功耗，可利用開(kāi)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(shí)，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 分區分時(shí)技術(shù)原理圖

　　2 軟件的低功耗設計

　　2.1 優(yōu)化編譯器

　　在嵌入式系統設計中，軟件起著(zhù)引導硬件活動(dòng)的主導作用，也對系統的能量消耗有很大的影響。過(guò)去幾年的研究主要是針對硬件部分，而現在，研究設計人員則更注重通過(guò)優(yōu)化軟件部分來(lái)降低系統功耗。要想對軟件進(jìn)行優(yōu)化，必須選擇正確的編譯方法，以降低程序執行的功耗。編譯器的作用就是將由高級語(yǔ)言編寫(xiě)的程序(如C/C++等)，翻譯成能夠在目標機上執行的程序。同時(shí)，也使得程序的可讀性和可維護性得到保證，提高了軟件開(kāi)發(fā)的效率。另外，將程序移植到新的目標機上，也只要用相應的編譯器對程序進(jìn)行重新編譯即可，而不必重新編寫(xiě)程序。但是，在某些情況下，這樣會(huì )影響程序的執行性能。編譯器的有效性以及它所生成的代碼效率，可以與匯編語(yǔ)言代碼相比較得出。事實(shí)上，在一個(gè)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(guò)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，可以把具有數據運算處理功能的硬件電路用軟件來(lái)實(shí)現，例如濾波電路，指數、對數運算電路、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(guò)軟件來(lái)實(shí)現，此外，還要考慮處理大量的軟件數據，需要提高處理器的性能和功耗等，同時(shí)要考慮這是否合算。

　　2.3 中斷驅動(dòng)技術(shù)設計

　　把整個(gè)嵌入式系統軟件設計成多個(gè)事件來(lái)處理，而在系統上電初始化時(shí)，主程序只進(jìn)行系統的初始化(包括寄存器、外部設備等)，初始化完成后，進(jìn)入低功耗狀態(tài)，然后把CPU控制的設備都接到中斷輸入端上。當外設發(fā)生了一個(gè)事件，即產(chǎn)生中斷信號，使CPU退出節電狀態(tài)而進(jìn)入事件處理，事件處理完成后，繼續進(jìn)入節電狀態(tài)。

　　在嵌入式程序設計時(shí)，一個(gè)程序到底使用中斷方式還是查詢(xún)方式，對于一些簡(jiǎn)單的應用并不那么重要，但在其低功耗特性上卻相去甚遠。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(xún)方式下，微控制器必須不停地訪(fǎng)問(wèn)寄存器，這會(huì )帶來(lái)很多額外的功耗，所以，用軟件進(jìn)行設計時(shí)，除非系統本身已要求采用查詢(xún)方式，否則應盡可能采用中斷方式進(jìn)行編程。　　2.4 定時(shí)器延時(shí)程序的采用

　　當軟件設計中需要用到延時(shí)程序時(shí)，設計人員應多使用定時(shí)器延時(shí)方法來(lái)進(jìn)行設計。這是因為，通常嵌入式處理器進(jìn)入待機模式后，CPU會(huì )停止工作，而定時(shí)器可以正常工作，由于定時(shí)器的功耗很低，故當處理器調用延時(shí)程序后，嵌入式系統便可進(jìn)入待機模式，此時(shí)定時(shí)器可以繼續工作，定時(shí)時(shí)間一旦結束，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(xún)方式，則CPU會(huì )不斷地對系統進(jìn)行查詢(xún)，由于CPU時(shí)刻工作，這樣不但效率低下，同時(shí)處理器功耗也很大。

　　2.5 算法優(yōu)化

　　優(yōu)化算法多出現在嵌入式DSP中，采用大量現成的公式和計算方法，可以節省系統內部運算的時(shí)間，減少功耗； 另外，在嵌入式系統允許的誤差情況下，也可以近似用比較簡(jiǎn)單的函數來(lái)取代復雜函數進(jìn)行運算，從而減少功率消耗。

　　3 結束語(yǔ)

　　嵌入式系統的設計涉及到硬件設計和軟件設計兩個(gè)方面，在實(shí)際系統應用時(shí)，低功耗的設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)，應把硬件設計和軟件設計綜合起來(lái)進(jìn)行考慮，并對細節進(jìn)行認真的分析，同時(shí)對多種可能的方案和方法進(jìn)行計算和總結，這樣才可能取得較為滿(mǎn)意的效果，最終達到降低系統功耗的目的。