嵌入式系统低功耗技术的研究和应用

戴 月 武汉交通职业学院 430065

【文章摘要】

嵌入式系统是面向应用的结合多方面技术知识的现代科学，在工业企业、电子设备、过程控制等方面得到了广泛应用。在追求节能的今天，对嵌入式系统的低功耗技术的探究是发展路上不可回避的问题，本文主要以如何从硬件和软件角度分析研究使得系统整体的耗能性大幅下降为切入点进行探讨。

【关键词】

嵌入式系统；低功耗技术；研究；应用

嵌入式系统是面向系统、面向应用的多学科交叉的科学，集成多方面科技、现代计算机技术、现代管理方法和手段的知识密集型系统，具有包容性、综合性和科学性，其中涵盖了计算机技术、通信技术、半导体等先进的技术的技术密集型综合系统。

近年来信息化、知识化、技术化的发展使得嵌入式系统也随之迎来发展的广阔前景，在网络化、数字化日益普及的今天，嵌入式系统的发展也将在知识和技术大潮中拥有不可限量的未来前景。而如何在数字化科技高速发展的今天使嵌入式技术发展异军突起，则需要的是不断的创新和结合当下需求与社会环境。与此同时，随着能源日益耗竭，绿色环保意识在大众的普及，耗能类技术的发展受到严峻挑战。这就需要嵌入式系统的发展面向低功耗技术。

1 嵌入式系统

与传统意义中的计算机系统不同， 由于有计算机功能但却又非 PC 系统，使得嵌入式系统面对具体应用功能时更加灵活，软件、硬件要求相较于计算机皆更加灵活自如。嵌入式系统是针对特定运用的，融合多方面先进技术，面向控制、监测等过程辅助专用系统。典型的嵌入式系统包括四部分，分别是嵌入式微处理器、嵌入式操作系统、外围设备和用户应用软件。嵌入式微处理器以小芯片集成许多功能处理，从而大大提高了系统的效率和可靠性。嵌入式操作系统负责系统的内在控制和分配任务。外围设备和用户应用软件属于硬件设备。

2 嵌入式系统低功耗技术的研究

2.1 嵌入式系统低功耗技术的发展背景

高科技技术和人类经济的飞速发展， 引起了一系列资源的大量消耗，能源的枯竭使得所有高能耗技术都要在追求经济效益，普及日常生活，创新科技的同时更要注意能源消耗以谋求长远可持续发展。在全球追求技术低功耗的同时，嵌入式低功耗的发展探索顺应全球绿色环保理念，也能更好地融入全球化竞争与交流。另一方面，运用创新思想理念探索追求嵌入式系统的低功耗技术有利于追求自身经济效益的最大化，把降低成本作为竞争优势，进一步通过低能耗作为销售优势。

2.2 嵌入式系统低功耗的技术基础

嵌入式系统包括嵌入式硬件和嵌入式软件两大部分，嵌入式系统的功耗也包含嵌入式微处理器和外围设备，嵌入式操作系统和用户应用软件两个层次的低功耗技术探究。

对硬件部分的低功耗技术追求主要是在制作材料、创新工艺、电池等部分，制作材料的低功耗受限于材料的更新换代，外界影响程度较大。创新工艺的低功耗技术在技术已经较为成熟的今天进步空间不大。而电池部分，在追求硬件低功耗探究中占很大比例，尤其对于移动设备而言，待电时间的长短直接影响系统的优劣。如何研究生产出具有储电能力强，耗电量小，待电时间长的电池成为硬件部分低功耗探索的主要部分。嵌入式微处理器在使用时配合辅助主板，只保留和嵌入式应用有关的主板功能而摒弃其余多余冗杂的部分。嵌入式微处理器的发展大大提高了低功耗效率，体积的减小结合功能的集成很大程度上促进了低功耗技术的发展。

软件部分，嵌入式操作系统的低功耗体现在算法级等进行功耗优化等部分，减少整个系统的消耗为系统发展提供可能性。

2.3 嵌入式系统低功耗的创新要求

随着嵌入式系统的发展，对嵌入式系统低功耗技术也提出了进一步相应的创新要求。如何进一步降低硬件的使用材料，节约资源，更新工艺，用最小的能源消耗获得最大的效益，如何在电池部分获得技术进步，如何改进算法编程，精简系统内部结构，使得硬件软件有机结合从而构成低功耗系统是人们探索的方向。

3 嵌入式系统低功耗技术的应用

在信息化、知识化、技术化、网络化的信息时代，多学科、多方面知识相结合的技术密集型嵌入式系统在日常生活中获得广泛应用，并在可预见的未来将获得更大的应用空间。

嵌入式系统低功耗技术包括硬件方面的应用和软件方面的应用，其中硬件应用是系统应用的基础，硬件的低功耗技术相对发展较早，软件应用是系统应用的核心，也是重要组成部分，软件方面的低功耗技术开发可以很大程度上降低整个系统的能源消耗，从而从根本上达到低功耗的效果。

3.1 硬件低功耗技术的应用

嵌入式系统硬件包括外围设备和嵌入式微处理器，这一部分的低功耗技术的开发与运用已经达到一定水平，在日常生活、电子商务、工业控制等方面的应用较为广泛，除非寻找新的硬件开发方式，一般开发空间不大。要降低嵌入式系统的硬件消耗，就要从根本上选择低能耗的组成部分。如，以ARM 微处理器为代表，它集合了高性能、强综合性、体积小、耗能小等优点，现已广泛应用于许多电子产品，尤其是各种移动设备中。ARM 的这些优良特性成为许多以低功耗为目标的硬件发展方向。

3.2 软件低功耗技术的应用

软件部分的低功耗研究以优化嵌入式操作系统，优化功耗管理策略，完善算法和编程为主要方式。嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心，其低功耗技术应用重要性不可忽略。如何使系统各个部分整体达到低功耗效果最大有赖于嵌入式操作系统的分配控制。而提高效率需要系统在每个需要工作的部分正常耗能，而暂时不工作的部分尽量处于节能状态，这需要软件设计者的进一步开发。

4 总结

信息技术的广泛应用和能源的日益消耗使嵌入式系统面临着发展进步的巨大空间，同时也是巨大的挑战，只有发展面向节能才能使嵌入式系统的开发、应用更加普及。本文从对嵌入式系统发展背景、技术基础和创新要求三方面阐述了嵌入式系统的低功耗技术方面的研究探索，针对嵌入式系统的硬件（嵌入式微处理器和外围设备）和软件（嵌入式操作系统和用户应用软件）两部分分别阐述了面向低功耗技术的应用。

【参考文献】

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[3] 宋彦, 郭兵, 沈艳等. 嵌入式系统低功耗的软件实现方案[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2011,11(9):4-7.

【作者简介】

戴月，出生年月：1958.11，性别：男，民族：汉；籍贯：湖北洪湖市；学历: 本科；单位：武汉交通职业学院； 职称：副教授；研究方向：电子电气自动化。033