源程序级和算法级嵌入式软件功耗特性的分析与优化方法研究

嵌入式系统的功耗优化可以在硬件和软件的多个层次进行,随着微电子技术的不断发展,各种底层先进硬件功耗优化技术的出现和应用,使得高层软件方面的功耗管理和优化技术逐步成为控制计算机系统功耗的重要手段.文中首先在完成嵌入式软件功耗度量的基础上,在硬件微结构级和电路级分析了软件功耗的产生原因和构成因素.然后,在软件源程序级和算法级两个层次上,采取相应措施改善影响嵌人式软件功耗特性的关联特征,以降低软件功耗.最后,针对"八皇后"典型算法问题进行了仿真实验,经过源程序级、算法级和源程序级与算法级混合3种优化,系统功耗最大降幅可以达到93.2%,实验结果表明软件功耗优化方法对于降低系统功耗是可行的和有效的.     

基于复杂网络理论的内存访问功耗优化研究

近年来随着移动处理、嵌入式应用的大量涌现,以及通用微处理器工艺水平和主频的不断提升,双核乃至四核的出现,功耗日益成为设计者必须关心的问题,功耗问题也已成为制约处理器发展的一个重要瓶颈。制约着嵌入式设备广泛应用的障碍不再是处理器的速度、芯片的工艺,而是设备功耗,如何在相同电池能量的供给情况下工作时间最长,成为嵌入式领域备受国内外关注的研究方向。因此,嵌入式的功耗优化问题就成为嵌入式发展亟待解决的重要问题。提出用复杂网络理论来降低存储器访问的功耗。     

源码级和算法级的功耗测试与优化

随着绿色软件概念的提出,嵌入式软件优化不再只以提高性能作为目标,嵌入式软件的功耗优化已成为低功耗软件系统的重要研究方向。在研究4种常用软件优化方法的基础上,对源码级和算法级的功耗进行测试与分析,并将分析结果运用到嵌入式操作系统μC／OS—II及其应用软件上,对μC／OS—II进行源码级和算法级的功耗优化。实验结果表明,该优化方法能有效地降低嵌入式软件的功耗。     

算法级能耗分析方法研究

功耗现已成为嵌入式系统设计中一个重要的约束条件,而设计早期在高层所作的功耗评估与优化对整个系统能耗的影响最为显著。论文通过对指令级功耗模型进行研究得到一个算法级的功耗模型,并提出了基于此模型的静态算法能耗效率分析方法,它可以帮助设计者选择能耗较低的算法,对软/硬件系统设计中的功耗优化也有一定的作用。文中最后在功耗评估平台对算法实例进行模拟测试,试验结果验证了此分析方法的有效性。     

可重配置处理器的体系结构级功耗模型与分析

按照可重配置处理器的体系结构建立并实现功耗模型;模型对处理器的电路级特性进行抽象,基于体系结构级属性和工艺参数进行静态峰值功耗估算,基于性能模拟器进行动态功耗统计,并实现三种条件时钟下的门控技术;可重配置处理器与超标量通用微处理器相比,在性能方面获得的平均加速比为3.59,而在功耗方面的平均增长率仅为1.48;通过实验还说明采用简单的CC1门控技术能有效地降低可重配置系统的功耗和硬件复杂度;该模型为可重配置处理器低功耗设计和编译器级低功耗优化研究奠定了基础。     

基于预防性散热的服务器功耗优化方法研究

随着互联网行业的高速发展和5G时代的到来,对于高性能服务器和存储设备的需求越来越大,但同时对于设备功耗优化的要求也越来越高。提出了一种基于预防性散热的功耗优化控制策略对服务器的功耗进行优化。首先获取设备的最高温度,与温度阈值比较后设为参考点,通过评估参考点的电流变化来预测温度变化的趋势,随后发出相对应的控制信号来预先调节风扇转速,达到功耗优化的目的。搭建了实验系统,并针对系统的功耗优化问题,设计不同周期相同占空比、相同周期不同占空比以及不同温度3组实验来对所提控制策略进行验证,实验结果表明所提出的控制策略可以有效地降低设备功耗。     

指令级密码处理器软件功耗建模与仿真

为了分析密码处理器软件的功耗,提高软件的抗能量攻击能力,提出了基于指令的处理器功耗建模仿真方法;详细阐述了模型建立、指令功耗求解算法以及指令功耗采集平台建立方法;在此基础上对一款密码专用处理器的AES加密算法软件功耗进行了仿真,对仿真结果和实际测量结果进行了比较分析,结果表明这种处理器功耗建模方法是有效的。     

一种SPM周期准确功耗模型分析与实现

功耗问题是限制嵌入式设备发展的瓶颈之一。嵌入式系统中,为了降低嵌入式处理器的整体功耗,使用SPM（Scratch-Pad Memory）部件来替换cache部件。提出了一个SPM周期准确功耗模型。模型通过扩展SimpleScalar模拟器模拟程序执行时对SPM的访问,获得电路输入状态,并利用集成到模拟器中周期准确的SPM功耗模型计算SPM功耗,模型克服了电路级模型可扩展性较差的缺陷,通过在SimpleScalar中配置相关参数,模拟不同大小和结构SPM的功耗。实验表明模型能够准确模拟SPM功耗（误差不超过10%）。对SPM低功耗设计和优化具有一定的指导意义。     

基于TLM2.0的SPARC事务级建模

为提高可扩展处理器体系结构(SPARC)的设计抽象层次和仿真速度,设计一种符合第8版SPARC(SPARC V8)的事务级模型。该模型基于TLM2.0标准,采用解释型指令集仿真方法实现程序执行。通过构建验证环境,证明该事务级模型能够正确运行并跟踪SPARC V8程序,仿真速度比寄存器传输级提高2个数量级。     

嵌入式Linux的低功耗策略研究

功耗是嵌入式设备的一个十分重要的性能指标。在硬件设计和选型之后，功耗水平在极大程度上取决于软件的设计。鉴于Linux在嵌入式设备中的应用日益广泛。提出在嵌入式Linux下软件编写的几种策略。通过这些软件编写方式，能有效降低最终产品的功耗水平。     

能量分析及其防护技术研究

为进一步提高密码芯片的安全性,密码芯片必须防止简单能量分析和差分能量分析的攻击.对差分能量分析的3种技术进行了介绍,并对其性能进行了比较.为了防护能量分析,分别对软件和硬件级的防护措施进行了研究,但是没有一种方法可以完全防止这种攻击.更有效的能量分析防护手段是将软件和硬件措施相结合,给出了下一步的研究方向.     

A new classification approach for neural networks hardware: from standards chips to embedded systems on chip

The aim of this paper is to propose a new classification approach of artificial neural networks hardware. Our motivation behind this work is justified by the following two arguments: first, during the last two decades a lot of approaches have been proposed for classification of neural networks hardware. However, at present there is not a clear consensus on classification criteria and performances. Second, with the evolution of the microelectronic technology and the design tools and techniques, new artificial neural networks (ANNs) implementations have been proposed, but they are not taken into consideration in the existing classification approaches of ANN hardware. In this paper, we propose a new approach for classification of neural networks hardware. The paper is organized in three parts: in the first part we review most of existing approaches proposed in the literature during the period 1990–2010 and show the advantages and disadvantages of each one. In the second part, we propose a new classification approach that takes into account most of consensual elements in one hand and in the other hand it takes into consideration the evolution of the design technology of integrated circuits and the design techniques. In the third part, we review examples of neural hardware achievements from industrial, academic and research institutions. According to our classification approach, these achievements range from standard chips to VLSI ASICs, FPGA and embedded systems on chip. Finally, we enumerate design issues that are still posed. This could help to give new directions for future research work.     

二进制翻译技术研究综述

随着信息技术的快速发展,涌现出各种新型处理器体系结构.新的体系结构出现为处理器多样化发展带来机遇的同时也提出了巨大挑战,需要兼容运行已有软件,确保较为丰富的软件生态群.但要在短期内从源码编译构建大量生态软件并非易事,二进制翻译作为一种直接从二进制层面迁移可执行代码技术,支持跨平台软件兼容运行,既扩大了软件生态群,又有效降低了应用程序与硬件之间的耦合度.近年来,二进制翻译技术研究取得了较大进展.为总结现有成果并分析存在的不足,本文首先介绍了二进制翻译技术的分类以及典型的二进制翻译系统,之后从指令翻译方法、关键问题研究、优化技术等方面分别进行分析总结,接着阐述了二进制翻译技术的核心应用领域,最后对二进制翻译技术的潜在研究方向进行展望.     

嵌入式软件测试的数据获取技术

测试数据获取是嵌入式软件测试的关键技术,其准确性.实时性和可靠性对测试质量有决定性影响.嵌入式软件测试需要根据软件特性和测试要求对数据获取方法进行定制设计.针对侵入式的软件插桩测试技术,着重研究了硬件采集、硬件收发、纯软件方式的插桩实现过程.对非侵入式的边界扫描技术和虚拟仿真技术的数据获取原理进行了分析,并提出了嵌入式开发测试一体化集成应用和全生存周期嵌入式软件开发,测试与管理的思想,指出了嵌入式软件测试的新方向.     

基于MBF200的嵌入式系统指纹预处理算法研究

随着指纹识别技术的不断发展以及嵌入式系统应用的日益广泛,人们对于如何将指纹识别技术用于嵌入式系统的研究也越来越多。文中针对MBF200采集到的指纹图像的特点,讨论了一种用于嵌入式系统的指纹图像预处理算法。介绍了嵌入式指纹识别系统的硬件平台,再依据由该系统采集到的指纹图像的特点,提出通过纹线跟踪来增强指纹图像,并对现有的细化后纹线跟踪去伪特征算法作了改进,调整了去伪顺序。实验表明,该算法具有快速处理的良好效果,满足嵌入式系统的要求。     

基于μC／OS-Ⅱ和μCLinux的PDA开发与比较研究

以S3C2410为硬件开发平台进行相关的研究。首先以μC／OS-Ⅱ为嵌入式操作系统,MiniGUI为图形用户界面,进行应用程序的设计,实现一个具有电话名片、画板、计算器等简单功能的中低端PDA;接着以μCLinux为操作系统,使用BusyBox实现文件系统的移植．以MicroWindows作为图形开发库,使用Nano-X API实现具有文件系统的复杂中高端PDA。此外,对两款PDA实现过程中的技术支持广泛程度、硬件要求等技术指标进行了对比：对于μC／OS-Ⅱ与MiniGUI,其技术支持虽然有限,功能多样性的实现也有限,但是其实施难度较小,因而适合代价相对较小的中低端PDA的解决方案;而对于μCLinux与MicmWindows,其操作系统移植难度较大,具备文件系统等复杂功能,技术支持广泛,图形用户界面更加友好,因而适合功能强大的中高端PDA的开发。对于不同用户需求领域的PDA市场,可采用不同的解决方案,做到量体裁衣．最小化开发成本,最大化市场利润。     

嵌入式Linux中的仿真集成开发环境设计

该文对嵌入式集成开发环境的框架和功能进行了分析.一个好的嵌入式集成开发环境提供比较完备的仿真功能,可以实现嵌入式应用软件与嵌入式硬件同步开发,基于嵌入系统对于仿真开发环境的需求,讨论了几种软硬件仿真技术.指令集层仿真是最高层次上的仿真,文中对两种指令集仿真器从模块结构、仿真的硬件设备、数据结构、CPU和开发板的仿真实现等方面进行了深入分析.随着嵌入设备的网络化、智能化程度日益提高,如何支持远程调试和团队开发模式是下一步需要探讨的问题.