淺析嵌入式系統設計中的低功耗技術

　　對于一個嵌入式系統來說，系統的工作量隨時都在改變，不可能所有的組件任何時刻都在工作，故可采用分區/分時供電技術來降低功耗，可利用開關控制電源供電單元，在某一部分電路處于休眠狀態時，關閉此部分電路的供電電源，僅對工作部分組件供電。其供電原理如圖1所示。

圖1 分區分時技術原理圖

　　2 軟件的低功耗設計

　　2.1 優化編譯器

　　在嵌入式系統設計中，軟件起著引導硬件活動的主導作用，也對系統的能量消耗有很大的影響。過去幾年的研究主要是針對硬件部分，而現在，研究設計人員則更注重通過優化軟件部分來降低系統功耗。要想對軟件進行優化，必須選擇正確的編譯方法，以降低程序執行的功耗。編譯器的作用就是將由高級語言編寫的程序(如C/C++等)，翻譯成能夠在目標機上執行的程序。同時，也使得程序的可讀性和可維護性得到保證，提高了軟件開發的效率。另外，將程序移植到新的目標機上，也只要用相應的編譯器對程序進行重新編譯即可，而不必重新編寫程序。但是，在某些情況下，這樣會影響程序的執行性能。編譯器的有效性以及它所生成的代碼效率，可以與匯編語言代碼相比較得出。事實上，在一個程序中，每一條指令都將激活微處理器中的某些硬件部件，因此，正確選擇指令可以降低處理器的功耗。通過優化編譯器可以進行有效的軟件低功率化，從而生成效率更高的代碼，以降低嵌入式設備的功耗。

　　2.2 采用軟件代替硬件電路

　　一般的硬件電路都存在功耗，所以，可以把具有數據運算處理功能的硬件電路用軟件來實現，例如濾波電路，指數、對數運算電路、抗干擾電路等。但是，任何事情都不是絕對的，部分硬件電路到底能否通過軟件來實現，此外，還要考慮處理大量的軟件數據，需要提高處理器的性能和功耗等，同時要考慮這是否合算。

　　2.3 中斷驅動技術設計

　　把整個嵌入式系統軟件設計成多個事件來處理，而在系統上電初始化時，主程序只進行系統的初始化(包括寄存器、外部設備等)，初始化完成后，進入低功耗狀態，然后把CPU控制的設備都接到中斷輸入端上。當外設發生了一個事件，即產生中斷信號，使CPU退出節電狀態而進入事件處理，事件處理完成后，繼續進入節電狀態。

　　在嵌入式程序設計時，一個程序到底使用中斷方式還是查詢方式，對于一些簡單的應用并不那么重要，但在其低功耗特性上卻相去甚遠。使用中斷方式，微控制器可以什么都不做，甚至可以進入等待模式或停止模式； 而在查詢方式下，微控制器必須不停地訪問寄存器，這會帶來很多額外的功耗，所以，用軟件進行設計時，除非系統本身已要求采用查詢方式，否則應盡可能采用中斷方式進行編程。　　2.4 定時器延時程序的采用

　　當軟件設計中需要用到延時程序時，設計人員應多使用定時器延時方法來進行設計。這是因為，通常嵌入式處理器進入待機模式后，CPU會停止工作，而定時器可以正常工作，由于定時器的功耗很低，故當處理器調用延時程序后，嵌入式系統便可進入待機模式，此時定時器可以繼續工作，定時時間一旦結束，即可喚醒CPU重新進入工作，這樣不但降低了CPU功耗，還提高了CPU的工作效率。而如果采用查詢方式，則CPU會不斷地對系統進行查詢，由于CPU時刻工作，這樣不但效率低下，同時處理器功耗也很大。

　　2.5 算法優化

　　優化算法多出現在嵌入式DSP中，采用大量現成的公式和計算方法，可以節省系統內部運算的時間，減少功耗； 另外，在嵌入式系統允許的誤差情況下，也可以近似用比較簡單的函數來取代復雜函數進行運算，從而減少功率消耗。

　　3 結束語

　　嵌入式系統的設計涉及到硬件設計和軟件設計兩個方面，在實際系統應用時，低功耗的設計并非是單方面的因素，需要綜合考慮各種可能的原因、條件和狀態，應把硬件設計和軟件設計綜合起來進行考慮，并對細節進行認真的分析，同時對多種可能的方案和方法進行計算和總結，這樣才可能取得較為滿意的效果，最終達到降低系統功耗的目的。