24、嵌入式系统功耗感知设计的统一框架

嵌入式系统功耗感知设计的统一框架

1. 引言

在基于处理器的系统中，功耗已成为关键设计问题，在移动嵌入式系统中尤为明显。由于电池容量有限、设备便携性以及封装材料的要求，这些系统需要低功耗和低能耗。设计复杂高性能低功耗嵌入式系统时，设计师需通过不同架构和算法权衡来分析多种软硬件选项。然而，多数情况下，直到整个系统被指定并收集到原型结果后，才能获取功耗信息。这一限制导致需在设计流程中多次迭代，直到满足功耗和性能目标，从而增加了产品上市时间。

为优化功耗高效嵌入式系统的设计，需在设计早期阶段就提供能耗信息。在嵌入式系统的处理器方面，有几个参数与性能 - 功耗权衡密切相关，主要包括目标处理器和内存缓存层次结构。本文介绍了一种准确的缓存功耗估计工具的设计和使用，该工具高度集成在可重定向的设计工具链中。从设计早期阶段就全面描述了系统中最重要的功耗源，后续设计也将功耗作为约束条件。所提出的方法可扩展到新架构，为功耗受限的嵌入式系统设计提供了有用的框架。

缓存功耗估计基于一个改进的分析模型，该模型考虑了开关活动的影响。模拟结果表明，这一因素会对最终估计的能量产生重大影响。

2. 相关工作

近年来，为满足设计师的需求，人们对功耗估计和高级优化工具给予了特别关注。一些工作基于分析功耗模型，可高精度预测某些处理器模块（如缓存、系统时钟、数据路径等）的功耗。本文使用的缓存分析功耗模型由 Kamble 和 Ghose 开发，该模型虽能达到较高精度，但由于假设总线开关活动值的统计分布均匀，可能会出现较大偏差。这是因为缺乏精确的模拟结果，只有当应用在目标架构上运行并跟踪传输的数据和地址时，才能知道开关活动的确切值。本文的工作解决了这一限制。

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