基于DVS的动态电压转换器设计

针对低功耗技术中的 DVS( Dynamic Voltage Scaling)电路 ,本文介绍了一种动态电压转换器的设计。 PWM( Pulse Width Modulation)控制电路是 DC/ DC转换器中的关键部件 ,重点介绍了一种新型可控占空比数字 PWM控制电路的结构和工作原理 ,分析了这种数字 PWM发生器的工作过程。该电路功耗低 ,所占面积小 。

一种基于程序段的动态电压缩放算法

动态电压缩放技术是一种能有效优化处理器能耗的方法,它允许处理器在运行时动态地改变其时钟频率和供电电压.针对处理器提出了一种基于程序段的动态电压缩放算法PBVSA,该算法使用建立在指令工作集签名基础上的程序段监测状态机来判断程序段是否发生变化,并作出CPU电压和频率调整决定.在程序段内,通过计算该段的频率缩放因子β(片外工作时间与片上工作时间的比例关系)来设定CPU的电压和频率.在sim-panalyzer模拟器上完成了算法的实现.通过对Mibench测试程序集的测试表明:该算法平均降低了处理器29%的能耗,而性能损失平均为5.3%.

操作系统级低功耗动态电压缩放算法分析

低功耗的设计已经成为嵌入式系统设计中一个非常重要的方面,而动态电压调度(DynamicVoltageScalingDVS)又被认为是降低功耗的一种有效手段。本文对各类针对系统的动态电压缩放算法做了较系统的总结,给出了算法的模型,重点描述了操作系统级的两类动态电压缩放算法——基于间隔和基于任务的动态电压调度算法,概述了针对编译级的任务内动态电压调度算法。文章对三类算法作了分析与比较,由此给出了结论与观点,对以后动态电压缩放算法的研究做了预测。

可变电压处理器的最优动态电压选择算法

对于电池供电的嵌入式系统,已有研究考虑了理想的具有连续可变电压的处理器模型,而真实的可变电压处理器仅具有离散的电压等级.针对运行在真实的可变电压处理器上的实时嵌入式应用,提出了一种最优电压选择算法,使得在不违背给定应用执行时限的前提下系统能耗最少.与已有的启发式算法不同,最优电压选择算法将该节能调度问题转化为多选则背包问题的变种,并提出一种动态规划算法,该算法可以求得最优解.通过在真实嵌入式应用上实验比较几种电压调度策略表明,在不违背给定时限的条件下,新算法的能耗最小.

基于历史认知的鲸鱼算法求解动态能耗

为提高嵌入式实时系统的能耗管理效率,降低传统动态电压缩放对系统稳定性的影响,提出了基于历史认知的鲸鱼算法支持下的动态能耗优化方案。首先提出非线性动态控制收敛因子的策略,有效加快了算法收敛速度。其次采用历史最优解作为收缩包围机制中的种群干扰因子,设计了混合引导策略来平衡算法的局部开发和全局搜索能力。最后根据动态电压缩放技术可以实时改变处理器频率的特征,利用改进算法对任务量10、30和50进行优化,验证了改进算法的有效性。

优化能耗的可变电压禁忌任务调度算法

能耗是影响异构式并行和分布式系统性能的一个重要因素,动态电压缩放(DVS)技术通过将处理器降低到不同频率来达到有效地节约能耗的目标。通常DVS技术包含任务调度及空闲时间片分配两阶段。当前绝大部分研究均针对时间片分配阶段,而在此考虑的是任务分配与空闲时间片间的关系。为了降低异构分布式系统的能耗,提出了一个利用禁忌(Tabu)策略进行调度的DVS算法。此算法首先调度用有向无环图(DAG)表示的任务集到处理器上,再应用禁忌策略来改进它,通过禁止任务再调度到特定处理器,从而增加时间片,分配阶段可用的空闲时间片达到进一步减少能耗的目标。仿真结果表明,本算法能有效地减少计算机系统的能耗。

可控占空比的数字PWM发生电路

针对传统模拟PWM控制电路,本文介绍了一种新型的可控占空比的数字PWM控制电路的结构和工作原理,重点分析了这种数字PWM发生器的工作过程。该电路功耗低,所占面积小,适于低功耗电压转换器的集成。

TPS65023在多电压便携式产品中的应用

本文通过对多电压便携式产品供电设计中所需解决的主要问题的分析,以及对电源管理芯片TPS65023的结构和功能的分析,并以TPS65023为达芬奇系列芯片供电为例,详细讨论了如何利用丰富的片上资源为多电压便携式系统设计提供高效的电源解决方案。最终实验证实利用TPS65023为多电压便携式系统提供电源解决方案的可行性和高效性。

载流能力高达8A的MicroSpeed电源连接器系列

生产商：恩尼 TPS65023转换器能够管理基于达芬奇技术的TMS320DM644xDSP的电源，在高达1．5A的最宽负载电流范围内可实现高性能的数控功能与效率最大化。该器件采用5mm×5mm超小型QFN封装，并且集成了3个降压转换器以支持系统的内核电压、外设、I／O以及存储器电压，典型静态电流为85μA。TPS65023采用I^2C通信接口来实施动态电压缩放技术，能够在0．8-1．6V的范围内对内核输出电压电平进行数字化调节。该接口与快速标准及高速模式I℃规范相兼容。TPS65023的所有3个降压转换器均支持轻负载电流下的节电工作模式，并能在功耗降至1μA时将器件置于断电模式。

线性加速比并行实时任务的节能研究

节能设计是嵌入式实时系统中一个重要的研究方向.目前的研究大多采用串行任务模型,很少关注并行任务.文中研究了在离散工作模式与实时约束下,多核平台下的线性加速比并行实时任务的能耗最小化问题.文中假设所有处理器核都支持DVS技术且加速比是线性的,在此条件下,文中首先给出一个定理证明了当各任务执行在系统全部核上时系统能耗最小.然后,将问题建模为一个0-1整数线性规划,利用最早截止期优先算法确定任务调度,并给出了两个高效的节能算法确定各任务的工作频率.文中最后通过大量的模拟实验,证明提出的算法的效果显著,可以达到几乎与最优解相同的节能效果.

基于平均空闲时间分配的低功耗调度算法

针对周期任务,考虑通用的功耗模型,结合动态电压缩放技术和动态功耗管理技术,提出了基于平均空闲时间分配的低功耗调度算法.该算法是两阶段的调度算法,离线阶段计算静态运行速度,回收静态空闲时间;在线阶段回收动态空闲时间,调节处理器的运行速度,并适时地利用动态功耗管理技术关闭处理器,以降低处理器能耗.仿真实验表明所提的算法比使用基于贪婪空闲时间分配的DRA算法平均节约大约6.55%的能耗.

多处理器的节能调度算法

嵌入式多处理器系统中的能耗问题是一个重要的研究方向。在研究单处理器动态电压缩放和多处理器的PF调度算法的基础上,提出了一种多处理器节能调度算法。该算法针对周期任务,通过静态分析确定最低处理器调度要求,在满足可调度性的条件下动态缩放各个处理器电压,从而有效地降低了整个系统的功能。

一种WCET比例空闲时间分配的周期任务低功耗算法

能耗问题已成为实时系统调度研究的热点问题.针对实时系统周期性任务模型,利用动态电压调节及动态电压管理技术,考虑通用的功耗模型,使用关键速度,提出一种根据不同任务最坏执行时间比例来分配空闲时间的低功耗算法.该算法分为两个阶段,第一阶段计算离线状态的静态速度,第二阶段在线回收并分配动态空闲时间,降低处理器运行速度来节省能耗.仿真实验表明该算法比传统的DRA(Dynamic Reclaiming Algorithm)算法节约了10.7%的能耗.

低能耗嵌入式系统的设计

能量消耗问题是近几年来人们在嵌入式系统设计中普遍关注的难点与热点 ,它严重制约着嵌入式系统的应用及发展。以减少嵌入式系统所耗电能为目标 ,总结了当前国际上所采用的几种主要的优化措施。

有效的低功耗编译优化方法:部件使用局部化

使用软件技术优化系统能量正得到更多的关注.利用系统的动态电压缩放和功能部件关闭的功能为减少冗余能量消耗提供了优化的新途径,而编译指导的动态电压缩放(dynamic voltage scaling,简称DVS)和功能部件关闭(turning off unused system units,简称TOSU)是软件优化方法之一.DVS或TOSU涉及到很多技术细节.抽象出可以用于编译研究的分析模型,根据对模型的研究,提出了部件使用局部化的概念.部件使用局部化在存在DVS和TOSU的技术支持下,是有效的低功耗编译优化方法.

用于多核嵌入式环境的硬实时任务感功调度算法

充分考虑当前CMOS多核嵌入式处理器片上仅提供全局动态电压缩放(DVS)支持以及亚纳米时代后CMOS处理器泄露功耗不可忽视的现状,提出一种新的多核嵌入式环境中的硬实时任务感功调度算法GRR&CS。算法通过基于贪心法的静态任务划分,基于全局资源回收利用和任务迁移的动态负载均衡,以及动态核缩放三个步骤实现整体能耗的降低,并同时保证实时任务的可调度性约束。实验表明,提出的算法相比较现有算法多节省14.8%～41.2%的能耗。

基于检查点机制的容错节能调度算法

综合考虑了实时系统的容错和节能，针对处理器提供离散的频率和电压，提出了基于检查点机制的容错节能调度算法（CPFTEs）。该算法利用动态电压缩放技术节能，通过确定优化的检查点且使用检查点机制实现容错。当任务发生错误时，恢复任务从已保存的检查点重新启动以最大的处理器速度运行，确保任务不错过截止期限。提出了H_SPEED和A—SPEED两种速度选择策略。仿真实验表明：在PXA250处理器上，CPFTES_A_SPEED比CPFTES_NODVS平均节约66．18％的能耗，CPFTES_A_SPEED比CPFTES_H_SPEED节约0～19．41％的能耗。

基于微控制器的有效节能算法

介绍了一种简单而有效的动态电压缩放(DVS)来降低CPU功耗,同时满足控制需求.针对典型功耗负载变化的两种来源,将时间触发和事件触发两机制进行有机融合,并通过仿真实验来突出该方法的优点.实验结果表明,与传统的DVS方式相比,在保证相当控制性能的条件下,新方法能节约相当的能耗.

基于程序段的可重构cache与处理器低能耗算法

运用可重构cache和动态电压缩放技术,为处理器及其cache提出了一种基于程序段的自适应低能耗算法PBLEA(phase-based lowenergy algorithm)。该算法使用建立在指令工作集签名基础上的程序段监测状态机来判断程序段是否发生变化,并作出cache容量及CPU电压和频率的调整决定。在程序段内,使用容量调整状态机和通过计算频率缩放因子β来先后对cache容量及CPU电压和频率进行调整。在Sim-panalyzer模拟器上完成了该算法的实现。通过对MiBench测试程序集的测试表明:与传统的cache和CPU相比较,该算法使系统能耗平均节省了49.1%,而平均性能损失为8.7%。

能量敏感实时系统能量管理分析

便携系统越来越广泛的应用使得电池使用问题日益突出。对能量敏感实时系统的能量管理进行了分析和探讨,通过对任务执行过程中的电压进行调整以减少实时任务的能量消耗,给出了能量敏感实时系统的静态能量管理和动态能量管理的分析方法,并提出了具有截止时间限制的实时任务减少能量消耗的调度机制。