11、功耗感知的嵌入式计算

功耗感知的嵌入式计算

1 引言

嵌入式系统在现代生活中无处不在，从消费电子到通信设备，再到医疗仪器和过程控制等领域，它们的应用范围极为广泛。随着CMOS技术的发展，虽然可以制造出更快、更密集的集成电路（ICs），但也带来了显著的功率耗散问题。功率耗散不仅影响封装和冷却成本，还会由于电迁移和热电子退化效应影响系统可靠性。因此，在嵌入式系统设计中，功率是一个主要的评价指标。

在设计嵌入式系统时，必须考虑动态功耗和静态功耗。动态功耗发生在电路执行其设计功能时，例如逻辑和算术运算、数据检索、存储和传输等；而静态功耗则是由亚阈值泄漏机制引起的，与保持电路节点的逻辑状态有关。随着设备尺寸的缩小，泄漏功率的严重性急剧增加。因此，必须在设计层次结构的所有级别上解决功率问题，从系统到电路，以及通过CMOS设备技术的创新。

2 功耗建模

2.1 指令级和功能级模型

指令级功率模型用于评估不同处理器执行给定目标嵌入式应用程序时的相对功率/能源效率。这些模型在定义嵌入式架构的主要子系统以及在硬件/软件划分过程中起着重要作用。指令级功率模型为每条汇编指令（或汇编指令类别）分配一个能耗。通过汇总代表应用程序的动态执行轨迹的指令成本，估计在目标处理器上运行的程序消耗的总能量。

指令类型	能耗（单位：pJ）
加法	60
减法	60