嵌入式系统面向低功耗的协同设计

图2中，每一个字节是一个子过程。每一条边是有向边，表示各过程之间的数据依赖性。从节点出发的有向边只有满足特定条件时才能完成通信。不同的有向边进入同一任务节点（称为联合节点），表示此任务要从不同的过程接收数据并且只有在数据接收完毕后才开始执行过

设计者对运行软件的处理器、总线的数目和采用仲裁协议的类型通常有一个总体的思路，可以初步决定系统包含部件的数目和类型。最简单的结构就是各种硬件加速器：微处理器、ASIC和通过总线连接的主存。对于更加复杂的系统则需要不同种类的处理器、多个ASIC、各种总线和多种存储器。

一旦部件的数目和类型确定下来，进程就要用ASIC或运行在专用部件上的软件实现。虚拟通道要和总线紧密连接，多个过程能用同一个处理器开且多个通道也可以共享同一总线。根据ASIC的面积和处理器的价格，在保持性能不变的情况下，一个典型分区的目标就是使系统代价最小。在最坏情况下，所有的过程在单一的ASIC上实现；而在理想情况下，处理器在不需要额外硬件的情况下完成所有的工作。

低功耗分区的代价函数在系统上是硬件、软件和通信过程功耗估计的总和。在分区过程中，在满足给定速度面积条件下，这个函数应该达到最小值。

2.3 功耗估计

正如通信过程中的功耗估计一样，对于每一个任务不管用硬件还是软件实现，功耗估计都是非常重要。

    软件功耗和所用的处理器是密切相关的。通常它需要每一条指令或指令类的准确信息。功耗估计可以在不同准确度的级别上进行；仅用软件代码长度并假定所有指令的功耗相等；考虑指令的分类和指令序列；通过使用处理器的硬件模型和硬件模拟器来获得指令序列的功耗估计。对每一个处理器，根据规定的功耗特性可以采用不同的估计方法。例如，对于处理器P1仅用代码长度估计，可能要比P2用硬件模型估计得到更准确的结果。

硬件功耗估计可以在行为级到门级的不同级别上进行。在较低级别上的估计比在较高级别上的估计要准确，但更费时。由于同一个任务用软件实现比用硬件实现更耗能，因此对硬件功耗估计也不必太精确，在较高级别上的估计就足够了。硬件估计包括数据路径、控制部件和内部互连上的功耗。由于功耗依赖于被处理的数据，因此利用输入到硬件里的数据与信号相关的信息能获得更好的估计结果。

通信过程中的功耗与互连的类型密切相关。它不仅依赖于各部件连接的情况，同时与通信的带宽和编码类型有关。

3 实现方法

迄今为止，在低功耗协同设计领域，包含所有常用结构的研究报导不多，而且大部分都是针对比较简单且结果固定的一个ASIC和一个处理器的情况。许多低功耗综合系统都是从最初的协同设计环境中发展而来的。在高级综合中，模块库是可用的，并且每一个模块和操作数据都是研究的。本部分所用的方法和高级综合类似。

3.1 必需的数据

模块库由处理器（DSP、微控制器、通用CPU）和物理通信通道组成。对每一个处理器，我们假定以下数据是可用的：

*参考电压Vref和参考时钟频率fref；

*对于给定Vref和fr