嵌入式系统的动态电源管理架构

本文提出的DPM是以策略框架（policy framework）为中心的软件结构。其中包含几个重要的概念：操作点(operationg point)、操作状态(operationg state)、策略(policy)、约束(constraint)。

（1）操作点

在给定时间点上，系统运行在某个特定操作点上。操作点封装了最小的、相互关联的、物理的离散参数集合。一般来说，参数主要是CPU的频率、电压、电源管理模式、总线频率和不同外设状态等。一

旦确定了操作点，也就确定了整个系统的性能等级和与之关联的能耗等级。操作点由系统的设计者定义，在定义的时候必须注意到参数间的相关性和合理性。比如，在某种特定电源管理模式下，CPU的最高核心电压被限制，而在核心电压的限制下，可变频CPU的工作频率不能超过一个最大值。对于支持多操作点的嵌入式系统，当某个事件发生时，系统会从有一个操作点切换到另一个操作点。这样就需要定义一种机制，来管理不同操作点的切换。对于这一点，会在后面的操作点类型和设备管理中详细描述。在策略框架结构中，操作点是最底层的抽象对象。

在OMAP1612中包含两个内核：ARM926EJS和C5510（DSP）。ARM内核负责整个系统的管理、无线通信协议栈和应用程序的运行；DSP内核负责与无线通信相关的数字信号处理。其中，ULPD（Ultralow-Power-Device）模块提供了芯片级的电源管理机制，包括时钟、电压、省电模式的管理。UPLD分为三个不同的工作模式—Deep Sleep、Big Sleep和Awake，分别对应不同的能耗等级。TC(Traffic Controller)负责管理相关存储器接口。

（2）操作状态

如果把操作点比喻为点的话，操作状态就是一个面。在多操作点的系统下，操作状态与操作点的关系是一对多的关系。引入操作状态的动机主要有两个考虑。

①为了利用DVS和DFS，需要实时监控系统的工作负荷，但是工作负荷是一个连续值，而操作点却是离散的。极端的情况下，可以为不同的工作负荷定主不同的操作点：但是，由于硬件上改变频率和电压都存在延迟和多余的能量消耗，如果频繁地改变操作点，效果却适得其反，因此需要对工作负荷的范围进行划分。在实际情况下，系统的工作负荷和操作系统的状态紧密相磁。一般可以把操作系统看作一个状态机，操作系统通过事件的触发，在没的状态音间切换。简单地，可以把操作系统的状态与操作状态一一对应。由于处于“空闲”和“调度”，对应不同的工作量范围，映射不同的操作点。当然可以对“调度”状态再进行划分。

②作为功率监控的任务，它可以配置特定一个或者多个操作点，但是为了维持底层硬件细节对任务的透明性，通过设置操作状态来间接指定操作点，体现了DPM构架的灵活性。为了满足这样的需求，DPM构架中引入了“任务状态（task state）”的概念。对于功率监控的任务来说，可以在自己的代码空间中，根据任务本身的运行状况设置该任务自己的任务状态，而任务状态作为特定的操作状态在系统初始化的时候登记到DPM中。当在操作系统任务上下文调度切换的时候，根据任务状态，直接调用DPM的相关例程，应用新的操作状态；对于普通的任务，在“任务状态”操作中配置参数“NO STATE”。“ＮＯ　ＳＴＡＴＥ”表示没有特定的任务状态，即不改变系统当前的操作点．那么，该任务的运行在上下文切换时，能保持原有的操作状态。

由于要同时管理普通任务和功率监控任务，在上下文切换设置操作状态的最低点必然会出现ＤＶＳ算法和应用频率监控任务状态的矛盾。为了解决这个问题，需要引入操作状态优先级机制。在实现中，功率监控的任务状态对应的操作状态优先级高于ＤＶＳ算法配置的操作状态。这样，在上述矛质出现的时候，优先应用功率监控任务配置的操作状态。

根据操作系统运行的状态，简单地定义了五种操作状态——空闲、任务－、任务＋、任务、睡眠，并且给出了操作状态之间的状态迁移，如图１所示。特别地，当操作系统处于中断状态时，并不为其定义特定的操作状态，而是通过把中断处理例程的任务状态定义为“ＮＯ　ＳＴＡＴＥ”来实现。

    （３）策略和策略管理者

ＤＰＭ最高级的抽象对象是策略。定义一个策略就是定义每个操作状态所映射的操作点。在系统中，对某个电源管理方案必须至少定义一个策略，也可以根据不同情况不定期义多策略。在多策略电源方案中，需要策略管理器来协调不同的策略。策略管理器可以从操作系统、用户调用、运行程

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