27、嵌入式系统的能量、功率与热模型解析

嵌入式系统的能量、功率与热模型解析

1. 能量与功率模型

能量与功率模型对于评估嵌入式系统的性能和效率至关重要。以下将介绍几种不同类型的能量模型。

1.1 内存能量模型

缓存和其他内存的能耗可以使用 CACTI 进行计算。CACTI 假设内存有一个抽象布局，从中提取电容，并据此计算访问时间、周期时间、面积、泄漏和动态功耗。目前（2020 年），CACTI 的最新版本是 6.5，可从 http://www.hpl.hp.com/research/cacti/ 获取。其近期的改进包括对互连的详细建模和非均匀内存访问的建模，还包含了发射器和感测放大器的模型，并且可以指定使用的架构和技术参数。

1.2 指令能量模型

Tiwari 提出的功率模型包含基本成本和指令间成本。基本成本是指当无限序列的同一指令执行时，每条指令执行所消耗的能量，通过运行由 120 条相同指令和一个返回序列开头的分支组成的程序来计算，且程序设计为不出现停顿周期。指令间成本则模拟了指令改变时处理器额外消耗的能量，例如由于功能单元的开关操作。这两种成本是针对不产生缓存缺失的程序计算的，缓存缺失的影响需要额外考虑，这需要知道缓存缺失率和内存访问能量，但由于无法静态预测内存地址，这部分贡献只能在程序执行期间动态确定。该模型已应用于 Intel 486 DX2 和 Fujitsu SPARClite 934 两个实际系统，并通过测量电流进行校准。

1.3 功能处理器单元能量模型

Wattch 功率估计工具在架构层面估计微处理器系统的功耗。它使用 SimpleScalar 模拟器来模拟处理器，SimpleScalar 可以尽可能精确地模拟