- 基于嵌入式Linux的智能手機(jī)省電設(shè)計

　　用戶程序API， 用戶程序（ 應(yīng)用軟件） 分為三類：

　?。?）可感知電源管理的應(yīng)用軟件; （2）可感知電源管理的“包裝器”中的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件; （3）不帶電源管理的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件。

　　可感知電源管理的應(yīng)用軟件能夠充分利用來自策略管理器的API， 從而建立各自的基礎(chǔ)約束， 并強(qiáng)制電源管理策略發(fā)生變化， 以便匹配各自的執(zhí)行要求。不直接帶有電源管理功能的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件可以“包裝”到代碼或補(bǔ)丁中， 從而實現(xiàn)相當(dāng)?shù)男Ч?它們還可以按照默認(rèn)行為來運行， 這取決于更寬范圍的默認(rèn)策略管理。

　　嵌入式Linux DPM 下的實際機(jī)制包括各種API， 比如dpm_set_os （）（ 內(nèi)核） 、assert_conSTraint （）、remove_constraint （） 和set_operating_state （） （ 內(nèi)核和驅(qū)動程序） 、set_policy （） 和set_task_state（）（ 經(jīng)由系統(tǒng)調(diào)用的用戶級接口） ， 以及/proc 接口。

　　電源管理策略在系統(tǒng)電源管理中扮演了極為關(guān)鍵的角色。DPM的策略抽象模型的執(zhí)行體系類似于狀態(tài)機(jī)。在DPM中有2個概念很重要： 一個是執(zhí)行點（operating points）， 另一個是執(zhí)行狀態(tài)（ operating states） 。DPM的執(zhí)行點來自一些獨立的系統(tǒng)參數(shù)， 包括執(zhí)行電壓， 頻率， 以及總線帶寬等等。隨著事件的改變， 系統(tǒng)的狀態(tài)也不斷的改變（ 如圖2 所示） 。在DPM中， 每個系統(tǒng)狀態(tài)都是一個執(zhí)行狀態(tài)， 包括空閑態(tài)、活動態(tài)和睡眠態(tài)。

　　自適應(yīng)電壓調(diào)整（AVS）

　　在CPU 的選擇部分， 我們知道了系統(tǒng)能耗是與電壓和頻率緊密相關(guān)的?，F(xiàn)在我們來探討一下調(diào)整電壓在降低能耗方面的作用。在電壓調(diào)整方面， 自適應(yīng)電壓調(diào)整是一種很有效的方法。自適應(yīng)電壓調(diào)整AVS（Adaptive Voltage Scaling）是通過反饋機(jī)制將電源電壓調(diào)整到給定工作負(fù)載（處理量）所需的最小值。這種閉環(huán)方式可進(jìn)一步減小功耗， 但需要將部分電源管理電路置入主處理器。

　　成功實現(xiàn)AVS 的關(guān)鍵是在基帶芯片中集成部分系統(tǒng)電源管理電路， 即內(nèi)置AVS 控制器（圖3）。這一關(guān)鍵模塊包含專門的電路和算法， 用來確定給定處理量下的最優(yōu)電壓。通過向電壓調(diào)整器的參考端輸入饋送誤差信號， 可以生成最優(yōu)的VDD， 無需提供不必要的電壓余量， 從而減少了電能損耗。對任何閉環(huán)方法來說， 環(huán)路帶寬都是很重要的。環(huán)路快速跟蹤并穩(wěn)定的能力決定了基帶電源動態(tài)調(diào)整以自適應(yīng)工作負(fù)載突變的能力。

　　通過軟件方法降低設(shè)備功耗

　　低能耗軟件優(yōu)化對于基于處理器系統(tǒng)的應(yīng)用程序而言， 是最有發(fā)展前途的降低系統(tǒng)能耗的技術(shù)方法。這種方法對于那些計算復(fù)雜度較高的應(yīng)用程序最為有效。因為只有在應(yīng)用程序執(zhí)行的時候， 才會消耗大量電源。

　　這項技術(shù)的最終目的是在執(zhí)行較為復(fù)雜的應(yīng)用程序時， 盡量降低能耗。我們的程序用于降低計算的復(fù)雜度， 但不能改變程序原本的行為。現(xiàn)在我們通過圖4（A） 中的例子， 來闡述一下一些有關(guān)軟件優(yōu)化的想法。

　　考慮主函數(shù)中第一次調(diào)用過程test。如果檔參數(shù)a 和差數(shù)k都是0 的概率為90%， 我們可以將源代碼改寫為圖4（B） ， 通過改寫， 我們減少了test 過程中的循環(huán)數(shù)。但在現(xiàn)實中， 參數(shù)a 和k 并不是總是為0。那么test 的過程調(diào)用不能被新的過程sp_test 所完全替代。我們用一個條件語句來限定過程的調(diào)用， 所有的過程調(diào)用依賴于cvd_test（）的結(jié)果。當(dāng)過程cvd_test（）檢測為一般情況（ a，k同時為0） ， 符合此條件的修正后的代碼被執(zhí)行。如果當(dāng)過程cvd_test（）檢測為非一般情況（ a，k 非同時為0） ， 原有的代碼被執(zhí)行。在另一方面， 當(dāng)過程cvd_test（）檢測為非一般情況， 我們提升了程序的計算復(fù)雜度， 也相應(yīng)提高了能耗。

　　一般而言， 對代碼優(yōu)化有各種各樣不同的方法。如果我不考慮參數(shù)k， 我們可以將源代碼轉(zhuǎn)化為圖4（C） 所示。a 為0 的概率大于a 和k 同時為0 的概率。在不同情況下， 對原有代碼所做的修改有不同的效果。

　　最后， 我們必須檢驗修改過的代碼對原有代碼的影響， 是不是改變了原有代碼的行為， 在任何條件下我們都不能去擅自改變原有代碼的行為。代碼質(zhì)量的提升也是相當(dāng)?shù)闹匾?。對于C 語言來說， 將一些簡單的函數(shù)轉(zhuǎn)換為宏定義時一種比較有效的方法。

　　綜上所述， 我們可以將一般情況下代碼優(yōu)化分為4 個步驟：

　?。?）一般案例的選擇。選擇最有效的、最長被調(diào)用的案例。

　?。?）一般案例的提煉。為給出的一般案例建立一個過程。

　?。?）全局檢測。檢測改變后的調(diào)用對于全局的影響。

　?。?）提高代碼質(zhì)量。使用一些編程語言中的基本技巧， 以提高代碼質(zhì)量。

　　總結(jié)

　　在移動終端設(shè)備設(shè)計方面， 節(jié)能成為了一個很重要的設(shè)計指標(biāo)。我們選取了更高效的CPU 以降低能耗。對于交互式應(yīng)用程序而言， 我們使用DPM策略降低處于空閑態(tài)的能耗， 這種方法主要使用于OS 層。而AVS 技術(shù)是通過電壓調(diào)整來實現(xiàn)減少能耗。在應(yīng)用程序?qū)樱?我們通過對軟件的優(yōu)化來達(dá)到降低能耗的目的。在Intel？ PXA27x 處理芯片環(huán)境下， 通過以上方法， 我們降低了26%的能耗， 提高了30%的系統(tǒng)性能以及增加了7%的代碼量。