基于ZYNQ-7000的動態(tài)電源管理研究

　　隨著電子系統(tǒng)功能的增強以及電路集成度不斷提高，電子系統(tǒng)的能量消耗也在迅速增加，而過高的功耗會影響到電子系統(tǒng)的使用壽命。因此為了提高電子系統(tǒng)可靠性，如何在保證系統(tǒng)性能的同時優(yōu)化電子系統(tǒng)的功耗成為了設計者面臨的關鍵問題。動態(tài)電源管理可以從不同層次對嵌入式系統(tǒng)的功耗進行優(yōu)化，成為了嵌入式系統(tǒng)低功耗設計的熱點。

　　本文主要從系統(tǒng)級和體系結(jié)構(gòu)級對嵌入式系統(tǒng)進行動態(tài)電源管理的研究，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)不同的運行狀態(tài)，分別采用結(jié)合動態(tài)頻率調(diào)節(jié)技術(shù)的節(jié)能任務調(diào)度算法和動態(tài)功耗管理策略對系統(tǒng)功耗進行優(yōu)化。本文的硬件平臺為基于ZYNQ的嵌入式測控系統(tǒng)，文中對該平臺劃分了不同的低功耗工作模式，并建立了功耗管理模型。

　　本文通過分析嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行任務過程中采用靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法和動態(tài)優(yōu)先級算法的優(yōu)缺點，在Linux系統(tǒng)中實現(xiàn)了算法復雜度低且性能較穩(wěn)定的RM調(diào)度算法，并結(jié)合動態(tài)頻率調(diào)節(jié)技術(shù)，對任務執(zhí)行過程中的功耗進行優(yōu)化。針對RM算法調(diào)度過程中具有相同優(yōu)先級的任務可能無法及時公平地得到響應的弱點，本文設計了RM調(diào)度算法與時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法相結(jié)合的改進算法，有效降低了任務的平均周轉(zhuǎn)時間。當系統(tǒng)暫時沒有任務處于就緒隊列時，Linux系統(tǒng)會執(zhí)行空閑進程，進入空閑模式。由于頻繁地模式切換會產(chǎn)生額外的能量消耗，針對這一情況，本文通過對Linux內(nèi)核中功耗管理模塊的研究與修改，設計并實現(xiàn)了采用雙超時閡值Timeout算法的動態(tài)功耗管理策略，兩個超時閾值的設定是為了根據(jù)空閑時間的長度來控制系統(tǒng)的正常工作模式跟空閑模式和休眠模式之間切換的時機，在硬件平臺測試中表明改進的動態(tài)功耗管理策略使得系統(tǒng)模式切換次數(shù)有所降低。在測試中表明本文設計的動態(tài)電源管理方案能夠在保證系統(tǒng)性能的同時，有效降低系統(tǒng)的功耗。