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引 言 電子系統(tǒng)可視為是種類不同的元件集合，有些元件有著固定的性能指標(biāo)和耗能，這些元件被稱為非電源管理元件；上反，有些元件可以在不同時(shí)間工作，并且有多種耗能狀態(tài)，相應(yīng)地消耗著不同的系統(tǒng)電能，這些元件稱為可電源管理元件。可電源管理元件的有效使用成為節(jié)省系統(tǒng)耗能，使整個(gè)系統(tǒng)在有限電能下長(zhǎng)時(shí)間工作的關(guān)鍵所在。 系統(tǒng)元件從一種耗能狀態(tài)到另一種耗能狀態(tài)往往需要一段時(shí)間，并且在這段時(shí)間內(nèi)會(huì)消耗更多的額外能量。狀態(tài)的改變會(huì)影響系統(tǒng)的性能，所以設(shè)計(jì)者需要在系統(tǒng)節(jié)能和系統(tǒng)性能之間找到恰當(dāng)?shù)恼壑郧腥朦c(diǎn)。本文介紹了動(dòng)態(tài)電源管理中的一些方法。這些方法將決定元件是否改變耗能狀態(tài)和何時(shí)改變。 1 動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù) “動(dòng)態(tài)電源管理”是動(dòng)態(tài)地分配系統(tǒng)資源，以最少的元件或元件最小工作量的低耗能狀態(tài)，來(lái)完成系統(tǒng)任務(wù)的一種降低功耗的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于電源管理實(shí)施時(shí)間的判斷，要用到多種預(yù)測(cè)方法，根據(jù)歷史的工作量預(yù)測(cè)即將到來(lái)的工作量，決定是否轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)和何時(shí)轉(zhuǎn)換。這就是動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)的核心所在——?jiǎng)討B(tài)電源管理方法。 動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)適用的基本前提是，系統(tǒng)元件在工作時(shí)間內(nèi)有著不相同的工作量。大多數(shù)的系統(tǒng)都具有此種情況。另一個(gè)前提是，可以在一定程度上確信能夠預(yù)知系統(tǒng)、元件的工作量的波動(dòng)性。這樣才有轉(zhuǎn)換耗能狀態(tài)的可能，并且在對(duì)工作量的觀察和預(yù)知的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)不可以消耗過(guò)多的能量。 2 電源管理 各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)接到請(qǐng)求時(shí)，設(shè)備忙；而沒(méi)有請(qǐng)求時(shí)，就進(jìn)入了空閑狀態(tài)。設(shè)置進(jìn)入空閑時(shí)，可以關(guān)閉設(shè)備，進(jìn)入低耗能的休眠狀態(tài)；當(dāng)再次接到請(qǐng)求后，設(shè)備被喚起。這就是所謂的“電源管理”。然而，耗能狀態(tài)的改變是需要時(shí)間的，也就是關(guān)閉時(shí)延和喚起時(shí)延。喚起休眠狀態(tài)中的設(shè)備需要額外的能量開銷，如圖1所示。如果沒(méi)有這項(xiàng)開銷，也就用不著電源管理技術(shù)了，完全可以只要設(shè)備空閑就關(guān)閉設(shè)備、這種時(shí)延和能量開銷確定存在，所以必須考慮，只有當(dāng)設(shè)備在休眠狀態(tài)所節(jié)省的能量至少可以抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能的情況時(shí)，才可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。 
圖1 電源管理技術(shù)是一個(gè)預(yù)知性問(wèn)題。應(yīng)尋求預(yù)知空閑時(shí)間是否足夠長(zhǎng)，以及于能否抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換的耗能開銷。空閑時(shí)間過(guò)短時(shí)，采用電源管理的方案就得不償失了。所以事先估計(jì)出空閑時(shí)間的長(zhǎng)短是電源管理技術(shù)中的首要問(wèn)題。定義“恰當(dāng)?shù)耐Ｖ箷r(shí)間段”（tBE）：能達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的最短空閑時(shí)間段。此時(shí)間與設(shè)備元件本身有關(guān)，與系統(tǒng)發(fā)出的請(qǐng)求無(wú)關(guān)。假設(shè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換延時(shí)t0（包括關(guān)閉和喚起延時(shí)）耗能為E0；工作狀態(tài)功率Pw，休眠狀態(tài)功率Ps，可由以下式求出tBE。 Pw×tBE＝E0＋Ps×（tBE－T0） 等式左邊為“適合暫停時(shí)間段”內(nèi)的耗能，也就是系統(tǒng)在這段用于節(jié)能的最短空閑時(shí)間內(nèi)繼續(xù)工作所需能量；右邊是狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能和休眠時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。tBE 換和這段休眠時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。電源管理技術(shù)就是要預(yù)知將要發(fā)生的休眠時(shí)間是否能夠大于tBE，只有大于它，設(shè)備才有休眠的必要。 3 基于先驗(yàn)預(yù)知的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù) 對(duì)于大多數(shù)真實(shí)系統(tǒng)，即將輸入的信號(hào)是難以確定的。動(dòng)態(tài)電源管理的決策是基于對(duì)未來(lái)的不確定預(yù)知的基礎(chǔ)之上的。所有的基于預(yù)知的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)的基本原理是探過(guò)去工作量的歷史和即將發(fā)生的工作量之間的相互關(guān)系，來(lái)對(duì)未來(lái)事件進(jìn)行可靠的預(yù)知。對(duì)于動(dòng)態(tài)電源管理，我們關(guān)心怎樣預(yù)知足夠長(zhǎng)的空閑時(shí)間進(jìn)入休眠狀態(tài)，表達(dá)如下： P＝｛tIDLE＞tBE｝ 我們稱預(yù)知空閑時(shí)間比實(shí)際的空閑時(shí)間長(zhǎng)（短）為“預(yù)知過(guò)度”（“預(yù)知不足”）。預(yù)知過(guò)度增加了對(duì)性能的影響；預(yù)知不足雖對(duì)性能無(wú)影響卻造成了能量的浪費(fèi)。要是能既無(wú)預(yù)知過(guò)度又無(wú)預(yù)知不足，那就是一個(gè)理想的預(yù)知。預(yù)知的質(zhì)量取決于對(duì)觀察樣本的選擇和對(duì)工作量的統(tǒng)計(jì)。 參考文獻(xiàn) 1. Benini L.Bogliolo A.De Micheli G A Survey of Design Techniques for System-Level Dynamic Power Management 2000 2. Lu Y.De Micheli G Comparing System Level Power Management Policies 2001(2) 3. MIGUEL ANGEL.SEBASTIAN GONZALEZ Low power designs techniques for embedded systems 2001 4. Karlin A.Manasse M.McGeoch L Competitive randomized algorithms for nonuniform problems 1994(6) 5. Srivastava M.Chan drakasan A.Brodersen R Predictive system shutdown and other architectural techniques for energy efficient programmable computation 1996 6. C.-H. Hwang.Wu A A predictive system shutdown method for energy saving of event-driven computation 1997 7. Krishnan P.Long P.Vitter J Adaptive disk spindown via optimal rent-to-buy in probabilistic environments 1995 8. Helmbold D.Long D.SherrodE Dynamic disk spin-down technique for mobile computing 1996 9. Douglis F.Krishnan F.Bershad B Adaptive disk spindown policies for mobile computers. in 2nd USENIX Symp 1995 作 者：解放軍信息工程大學(xué) 趙爾寧 邵高平 來(lái) 源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用2003（12） |
