面向C語言的嵌入式軟件能耗估算方法的研究與設(shè)計.pdf

1、在嵌入式系統(tǒng)的研究早期，其關(guān)注重點主要集中在性能、可靠性和實時性等方面，近年來隨著嵌入式系統(tǒng)的飛快發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的主頻和集成度的提高，嵌入式設(shè)備尤其是移動嵌入式設(shè)備的大量應(yīng)用，為嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計帶來了一個新的問題，如何通過有效的方式降低嵌入式系統(tǒng)能耗達(dá)到延長嵌入式設(shè)備中電池使用時間目的。嵌入式系統(tǒng)能耗由系統(tǒng)硬件能耗和系統(tǒng)軟件能耗組成。隨著硬件能耗分析技術(shù)的日趨成熟，軟件能耗逐漸成為嵌入式系統(tǒng)能耗研究的主要方向。然而對軟件能耗分析和優(yōu)化

2、技術(shù)的研究是以軟件能耗的估算為基礎(chǔ)工作開展的。目前關(guān)于嵌入式軟件能耗估算的方法有很多，但是大部分都是對系統(tǒng)軟件底層進(jìn)行能耗分析，對于軟件開發(fā)人員可以直接接觸的源程序級軟件能耗估算方法比較少，本文針對這種需求設(shè)計了一種面向C語言源程序的嵌入式軟件能耗估算方法。
　　本文首先對嵌入式系統(tǒng)的硬件能耗分析技術(shù)和軟件能耗分析技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，從中找到源程序級軟件能耗估算的切入點，并在分析電路級能耗估算方法和已有的軟件能耗估算方法的基礎(chǔ)上設(shè)計了

3、一種源程序級軟件能耗估算方法。C語言源程序可以通過反匯編轉(zhuǎn)換為匯編指令進(jìn)行分析，通過分析發(fā)現(xiàn)匯編指令的能耗與執(zhí)行時所需要的時鐘周期之間存在著某種定量關(guān)系。為此本文建立了一個源程序級軟件能耗分析模型，充分考慮了源程序運(yùn)行時CPU的占用情況，通過計算得到源程序在執(zhí)行時占用的CPU時鐘周期數(shù)，可以按照確定的定量關(guān)系求得該源程序執(zhí)行時消耗的能量。本文把C語言源程序按照四個基本結(jié)構(gòu):順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和函數(shù)調(diào)用結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行能耗分析，并給

4、出各自的能耗估算過程。然后在結(jié)合四種基本結(jié)構(gòu)的估算方法的基礎(chǔ)上匯總整合得到C語言應(yīng)用程序的能耗估算流程。
　　最后，使用本文設(shè)計的基于時鐘周期的C語言源程序能耗估算方法對C語言的基本語句和應(yīng)用程序分別進(jìn)行能耗估算，并與通過仿真實驗得到的能耗值進(jìn)行對比分析，證明了本文方法的有效性和可行性。同時對一些常見的具有相同功能代碼不同的語句和算法進(jìn)行了分析，得到相同功能不同代碼的低功耗語句和算法，進(jìn)一步驗證了本文設(shè)計的能耗估算方法的可行性和實