[发明专利]一种基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型

说明书

所属技术领域

本发明涉及嵌入式软件能耗优化技术领域，尤其是涉及建立一种基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型。

背景技术

嵌入式系统由嵌入式硬件和嵌入式软件组成，是典型的软件驱动执行的系统。硬件的电路活动“直接”导致了系统能耗的产生，软件的指令执行和数据存取等操作驱动了底层硬件的电路活动，“间接”导致了系统能耗的产生，这也是嵌入式软件能耗的本质含义。先前的许多研究表明，不同的汇编指令、源程序结构、软件算法和软件体系结构造成硬件不同的工作方式，从而进一步影响系统能耗。嵌入式系统能耗可分为硬件能耗和软件能耗，软件能耗是指在软件运行期间，软件驱动直接相关硬件(包括处理器、存储器和I/O控制器等)活动产生的能耗总和，其它的系统能耗一般归为硬件能耗，如处理器在进入空闲状态前无软件指令执行的一段间隔期和在空闲状态下某些硬件单元保持上电状态而产生的能耗以及I/O控制器无软件访问时产生的能耗等。因此，将系统能耗明确划分为软件能耗和硬件能耗，更便于直接观察软件实现方式(如数据结构和算法)对系统能耗的影响程度。

嵌入式软件能耗的度量是开展嵌入式软件能耗分析与优化的基础性工作。度量软件能耗最直接的方法是使用电子仪器(如功率计)进行测量，由于需要将软件运行在硬件平台上进行测量，所以在硬件开发完成之前无法测量软件能耗，使得软件开发和硬件开发相互牵制。另一种方法是采用能耗模拟器测量软件能耗，通过计算机软件模拟某一特定嵌入式硬件系统，并采用能耗统计模型，在软件运行的同时统计软件能耗，可灵活、方便地获得嵌入式软件的能耗值。

国际上对于嵌入式软件能耗统计模型的研究历史并不长，1994年Tiwari等人在文中首先提出了对软件能耗进行分析的基本概念，建立了基本的指令级能耗模型，并提出了指令电流的测试方法；Sinha测量了基于StrongARM SA-1100处理器的ARM指令集电流值，提出了软件能耗的统计方法；T.K.Tan在Sinha测得的指令电流值基础上，构建了基于StrongARMSA-1100处理器的指令级能耗模拟器EMSIM(Embedded StrongARM Energy Simulator)，并采用EMSIM对嵌入式软件能耗进行了分析工作；Li Tao等提出了对操作系统采用服务例程级功耗建模的思想，并具体分析了Embedded Linux操作系统50种服务例程的功耗-IPC关联模型；赵霞等通过模拟运行嵌入式操作系统和应用软件，利用微体系结构能耗模型估算单时钟周期指令能耗，提出基于软件功能结构的操作系统内核能耗估算模型。在上述能耗统计模型中，主要统计了软件执行时在处理器上产生的单条指令能耗，不足之处在于并未计算指令对、存储器、I/O控制器等能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型。

本发明解决其技术难题所采用的技术方案的步骤如下：

1)根据嵌入式系统的硬件组成，嵌入式软件能耗可分为处理器(MPU)能耗、存储器能耗、I/O控制器能耗(如数据总线、UART控制器、LCD控制器、网卡控制器等)和其它硬件单元产生的能耗，即：

E_software＝E_mpu+E_mem+E_io+E_other

其中，E_software表示嵌入式软件能耗，E_mpu表示处理器能耗，E_mem表示存储器能耗，E_io表示I/O控制器能耗，E_other表示嵌入式系统主板上其它硬件单元的能耗，此部分能耗在软件执行时能耗值一般较小，可忽略不计；

2)在步骤1)公式中的E_mpu按照如下公式进行计算：