[发明专利]嵌入式低功耗操作系统中动态频率调整的映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于嵌入式系统软件节能技术，特别是涉及一种面向嵌入式低功耗操作系统中动态频率调整的映射方法。

背景技术

在便携式嵌入式设备电源管理领域，目前的困难在于既要满足便携式终端对电源供电的要求，又要做到占用空间小、重量轻和供电时间更长。下一代消费类电子产品的电源解决方案重点应该集中在硬件和软件两方面技术，包括：(1)在小巧外形尺寸下，如何实现所需电源性能的工艺和技术，涉及热管理、降噪、电池管理和功能整合等技术；(2)动态功率管理技术，它取决于CPU性能、软件、中间件以及用户对更换电池的时间间隔等要求；(3)动态功率管理技术对操作系统内核和驱动器，以及应用编程接口(API)对驱动器、中间件和应用本身的影响。

现在嵌入式设备的功能变得越来越强大，功能也越来越丰富。随着嵌入式设备功能越来越多，用户对嵌入式设备电池的能量需求也越来越高，现有的锂离子电池已经越来越难以满足消费者对正常使用时间的要求。对此，业界主要采取两种方法，一是开发具备更高能量密度的新型电池技术，如燃料电池，在可以预见的5年内，电池技术不可能有很大的突破；二是在电池的能量转换效率和节能方面下功夫。在目前新的高能电池技术(如燃料电池)仍不成熟的情况下，下一代手持设备的电源管理只能从提高电源利用率和降低功耗这二个方面着手。

如何延长电池的使用寿命，以及尽量减少电池能量的消耗已经成为嵌入式领域的一个研究热点。现在主要集中在硬件设计和软件优化两方面。其中软件优化方面现在主要包括系统软件和应用软件两方面。系统软件主要集中在编译器和操作系统内核两块。

在操作系统领域，现在主要的电源管理方法是利用操作系统内核，动态的调整系统处理器和总线的频率，降低系统的整体能耗。而且系统可以通过动态频率指令改变系统状态，是系统处于低功耗状态，以达到节能的目的。在编译器方面，现在主要通过编译器在编译应用程序阶段，对代码进行优化，使代码尽量的紧凑以及访问设备尽量集中，以达到节能的目的。

由于现在处理器一般都只支持非连续的频率调整，即处理器只支持一系列的特定频率，而通过以上电源管理方法获得的最优处理器频率并一定就是处理器支持的特定频率，不能直接运用到处理器上。需要通过一定的映射模型，将最优处理器频率映射到相应的处理器实际频率上。那么这就需要开发相应的映射方法，在保证系统性能要求的同时，能够将最优处理器频率映射到相应的处理器实际频率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式低功耗操作系统中动态频率调整的映射方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案的步骤如下：

1)动态采集系统事件：

硬件平台都具有性能监视模块PMU，PMU在整个系统运行过程中采集运行事件发生数，包括处理器运行时频率，处理器内存缺失；

操作系统通过指令对PMU设置，设置PMU采集事件的类型和采集事件发生数的上限值，当PMU每采集到一个需要采集的事件，PMU有个相应的计数器，这个计数器将加1；当采集到的事件发生数达到设置的上限值，PMU将发出一个中断，打断正在运行的程序；中断程序读取PMU采集到的各种事件发生数并累加到操作系统保存的事件发生数值上；

在本发明中，要求PMU采集两种系统事件，包括：处理器运行的指令数，处理器运行的空闲指令NOP数；

2)计算处理器理论最节能频率：

操作系统通过定时器中断当前操作，操作系统通过设置定时器的定时长度t来定时中断当前操作，定时器中断处理程序计算处理器在当前性能要求下的理论最节能频率；操作系统根据PMU获取的事件发生数值，计算当前处理器的空闲比m；并将操作系统保存的事件发生数清0；通过如下映射公式得到在当前性能要求处理器理论最节能频率：

f＝P(m，x)＝m×f_max×x

其中：

m是当前处理器的空闲比，m＝NOP指令数/处理器运行的指令数，

x是当前性能要求，取值范围为0～1，

f为当前性能要求处理器理论最节能频率，

P(m，x)为映射公式，此映射公式将根据当前x和m参数获得最节能频率，

f_max为处理器的最高运行速度；

3)理论运行频率映射到实际处理器频率：