嵌入式系统面向低功耗的协同设计

*处理器上任务i的执行时间ti。

以上所涉及的是系统的软件部分。在硬件上实现一个任务没有特别的方法。快速的硬件设计给出了下限，系统级规范对执行时间的要求则确定了上限。在供电电压不变的情况下，快速电路通常需要更多的晶体管，产生了更大的开关电容，从而消耗更多的能量。我们假定一个任务在硬件实现上表示为两个极端的设计：其中一个速度最快，消耗能量最多；另一个最慢，但消耗能量最少，如图3所示。

3.2 综合过程

在一个常用的高级综合里，通常需要完成分配、调度和任务的绑定，在协同设计过程中也可采用相同的方法。分别将影响每一个执行任务的功耗，高度将决定总的执行时间，绑定则影响通信过程。

在这里，要注意切耗和能量的区别。考虑一个任务以不同的频率f1和f2在一个处理上运行，相应的时钟周期分别为T1和T2，所需的周期数都是N，如图4。由于要做同样的计算，完成该任务所需的能量与频率无关，而功耗却随时钟频率增加。另一方面，式（2）电路的延迟（Delay）与供电电压成反比，这里考虑到门限电压VT足够小：

联合式（1）和（2）可以得到式（3）。对于不同的执行时间，式（3）给出了新功耗Pnew和原功耗Pi之间的关系：

式（3）表示：在一个给定的处理器上，对于一个特定的任务，如果允许较长的执行时间，通过降低电压可以在很大程度上降低功耗。因此，一个比较好的方法是让处理器尽可能地一直处于工作的状态，因为增加执行时间比处理器空闲时关掉它更有利。

4 实验结果

从一个现有的系统综合环境出发，通过约束逻辑编程方法，们开发了一个增强型环境来实现系统综合。在我们的例子中，任务图里有九个任务和八个过程。资源库里包括三种类型的处理器，其代价是{4,5,2}，平均相对功耗是{4,6,5}，资源库还包括一条总线。结果显示，不同的任务有不同的执行时间，从而产生了不同的功耗。图5绘出了这个例子的设计空间，柱状体代表给定条件下具有最小功耗的设计。从图5中可以看出：如果最大代价和临界值条件放宽一些，功耗就可以降低。

结语

在进行系统设计时，如果在设计阶段就尽可能地考虑功耗，就可以明显地降低整个系统的功耗。上面实验结果也说明了在较高级别上重视功耗的重要性，这对设计正在广泛使用的嵌入式系统具有非常重要的指导意义。