论文研究-嵌入式系统低功耗技术研究 .pdf
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嵌入式系统低功耗技术研究
胡淑军
北京邮电大学计算机科学与技术学院，北京（100876）
E-mail：huhu758@yahoo.com.cn
摘 要：嵌入式系统的应用越来越广泛，而它的功耗问题也越来越受到人们的关注。低功耗
的研究对于嵌入式系统的发展有着重要的意义。本文主要从硬件低功耗设计和软件低功耗设
计两个方面对于嵌入式系统的低功耗问题进行研究。
关键词：嵌入式系统，低功耗，动态电源管理，线性稳压
中图分类号：
TP368.11
1．引言
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对
功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。随着嵌入式系统的不断发
展，其概念也在不断延伸和扩展，也有人将嵌入式系统定义为：基于微处理器的，用以实现
一项或多项任务，并且不能像个人电脑那样被最终用户所编程的系统
[1]
。
从20世纪70年代世界上第一个为嵌入式应用而设计的微处理器Inte14004诞生以来，嵌入
式系统已经发展了30多年。近几年，嵌入式系统已经成为电子信息产业中最具增长力的一个
分支。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每
年30%的速度递增，嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关注的话题。
低功耗设计（Low-Power Design）是必须面对的问题。其原因在于嵌入式系统被广泛应
用于便携式和移动性较强的产品中，而这些产品不是一直都有充足的电源供应往往靠电池来
供电，所以应从每一个细节来考虑降低功率消耗，尽可能地延长电池的使用时间。
目前的集成电路工艺主要有TTL和CMOS两大类，无论哪种工艺，电路中只要有电流通
过，就会产生功耗。通常，集成电路的功耗分为静态功耗和动态功耗两部分；当电路的状态
没有进行翻转（保持高电平或低电平）时，电路的功耗属于静态功耗，其大小等于电路的电
压与流过的电流的乘积；动态功耗是电路翻转时产生的功耗，由于电路翻转时存在跳变沿，
在电路的翻转瞬间，电流比较大，存在较大的动态功耗。由于目前大多数电路采用CMOS工
艺，其静态功耗很小，可以忽
略。起主要作用的是动态功耗，因此降低功耗主要从降低动
态功耗入手。
事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题，它包括硬件低功
耗设计和软件低功耗设计两个方面。
2．硬件低功耗设计
2.1 选择低功耗的硬件器件
选择低功耗的电子器件可以从根本上降低整个硬件系统的功耗，目前的半导体工艺主要
有TTL工艺和CMOS工艺，CMOS工艺具有很低的功耗，在电路设计上应该尽量选用。
2.1.1 微处理器的选择
嵌入式微处理器是嵌入式系统的耗能大户，消耗着大量的功率，所以选择合适的微处理
器对于最后的系统功耗的大小有着重要的影响。
微处理器的功率消耗分为两大部分：内核功率消耗 Pcore 和外部接口控制器功率消耗
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