嵌入式系统低功耗设计研究

在嵌入式系统设计中低功耗设计是许多设计人员必须面对的问题,其原因在于嵌入式系统产品不是一直都有充足的电源供应,往往是靠电池来供电的,而且大多数嵌入式设备都有体积和质量的约束。另外,系统部件产生的热量和功耗成比例,为解决散热问题而采取的冷却措施进一步增加了整个系统的功耗。为了得到最好的结果,在系统设计时就必须考虑低功耗问题。系统的功耗设计涉及到软件、硬件、集成电路工艺等多个方面,这里分析了功耗产生的原因,从原理和实践上探讨系统的低功耗设计问题,综述硬件低功耗和软件低功耗的设计方法,给出实现低功耗设计的一种可行方法。     

基于嵌入式处理器的系统级低功耗管理研究

针对嵌入式系统低功耗设计问题,分析了动态功率管理DPM和动态电压/频率调节DVFS两种嵌入式功耗管理策略,并提出了系统级低功耗控制框架.讨论了基于嵌入式处理器i.MX1硬件平台实现系统级功耗控制方案,并给出了具体的设计方法.实际应用表明,该设计方案可有效降低系统能耗.     

一种用于优化嵌入式FIR滤波器总线功耗的系数重排算法

嵌入式系统对低功耗的要求,使得低功耗设计成为VLSI的主要挑战之一.在嵌入式数字信号处理系统中,可通过降低系统总线的变化率来减少系统功耗.文章研究了一种滤波系数重排算法,用于降低嵌入式FIR滤波器的总线功耗.试验结果表明,该滤波系数重排算法可有效降低54%至69%的嵌入式FIR滤波器总线功耗.     

基于ARM的嵌入式计算机系统的低功耗设计与实现

嵌入式计算机系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中,而这些产品的低功耗设计的目标是在满足用户对性能需求的前提下,尽可能降低系统的能耗,延长设备的待机时间[1].基于ARM处理器的嵌入式计算机系统主要通过低功耗微处理器选择、接口驱动电路的设计、电源供给电路设计、动态电源管理等来实现系统的低功耗.该系统已经在产品应用,系统性能稳定,功耗很小.     

基于硬件构件的嵌入式系统低功耗研究

降低系统功耗不仅要考虑硬件方面的因素,同时也要分析因软件引起的功耗。为了降低系统整体功耗,首先需要明确影响系统功耗的软硬件因素。在硬件方面,通过对硬件构件进行选择、设计和整合等方法降低功耗;软件方面则是重点优化与功耗密切相关的要素,如算法、指令与方法等。这些因素往往是相互制约、相互影响的。设计一个成功的低功耗系统,需要通过分析与实验,明确一个以硬件构件为思想的嵌入式系统低功耗设计时所需考虑的一些问题。     

TFT-LCD在低背光状态下的图像增强算法

在普通的手持显示设备中,降低背光亮度可以减小系统功耗,然而同时会导致显示图像的亮度和对比度下降,影响显示画质.通过分析TFT-LCD和HVS(Human Visual System)的特征,提出了一种在低背光状态下的图像增强算法,可以在较低背光亮度下通过补偿图像的亮度和对比度来增强图像的显示效果.所提出的算法可以根据图像的具体内容选择不同的补偿方式,与同类算法相比,补偿后的亮度值更高.实验结果表明,所提出的算法可以提高图像亮度,改善图像显示效果,从而能更有效地降低系统功耗.     

H.264/AVC运动补偿的VLSI优化实现

提出了针对H.264/AVC视频解码运动补偿模块的VLSI优化实现.首先,提出了运动补偿模块的自适应流水线结构以及4像素并行处理的方式以提高系统性能;其次,提出并设计了3层存储结构,不仅降低了整个存储器系统的功耗,也降低了对片外存储器的带宽需求;最后,针对宏模块中亮度和色度的计算,计算了复杂度并优化了系统性能.     

TD-LTE手机低功耗模式的选择

低功耗设计是大部分手持嵌入式设备必须考虑的一点,也是评定整个系统性能的重要指标之一。TD—LTE移动终端低功耗设计是一个系统的问题,它涉及到不同层次中对低功耗的考虑．比如通信协议、操作系统、硬件电路等在低功耗设计中都涉及到不同的控制方法。文章主要对低功耗控制模式进行功耗分析对比,从而对低功耗模式进行科学合理的划分。     

一种低功耗外部触发补光方案的设计与实现

补光系统是视觉技术中关键的组成部分之一。针对嵌入式图像采集系统的常亮、同频补光的方案所产生的功耗高、温度高、图像采信号与补光信号时序不匹配等问题。提出一种低功耗、图像采信号与补光信号时序匹配度高、可靠性强的外部触发补光方案。本方案基于ARM对输入PWM信号的占空比与FPGA对MOS管开关的控制来调整补光灯亮度与频率，稳定匹配嵌入式图像采信号与补光信号的时序，并通过调整补光灯的亮度等级以得到清晰的图像细节，便于提高后期图像处理的鲁棒性。为嵌入式图像采集系统补光方案的应用提供一种新的解决方案。实验结果表明：使用本补光灯系统的嵌入式设备相较常亮方案功耗降低3W、灯珠温度降低30度左右，且图像采信号与补光信号时序匹配稳定在99%以上。     

Linux系统运行态的动态变频低功耗策略

基于自主设计的嵌入式低功耗平台,深入分析了Linux系统运行态的低功耗管理技术.在分析Linux运行时动态变频技术的基础上,设计实现了动态变频的驱动层和内核适配层,提出了基于打分制的用户层策略和低开销的ondemand内核态策略.实验结果表明,在典型的应用场景下,采用提出的系统运行态功耗管理技术后,与优化前相比,系统运行功耗可降低28％.     

应用于LCD控制器的分页式帧缓冲接口的研究

随着液晶显示系统在手持设备中的广泛应用，低功耗已经成为液晶显示控制器芯片设计的重要目标。针对LCD控制器数据处理量大和工作频率高的特点，提出了一种新型分页式帧缓冲结构。该结构将帧缓冲分为未压缩页和压缩页两个部分。把用户存放在未压缩页中的显示数据进行压缩后写入到压缩页中，LCD显示时只需要从压缩页中读取数据进行解压缩即可维持刷新。这样降低了LCD控制器访问帧缓冲的频率，从而减小功耗。采用FPGA硬件平台进行性能及功耗评估。评估结果显示该结构在不影响显示性能的情况下显著降低了系统功耗。     

VBE标准及其在实时动态图像实时显示中的应用

本文介绍了视频电子标准协会(VESA)制定的VBE标准,结合该标准,通过对基于嵌入式平台的遥感图像实时滚动显示系统的三种软件实现方案进行对比,凸显了该标准的在硬件资源占用上的优势,最后,本文给出了一个基于嵌入式计算机平台和VBE标准的遥感图像实时动态显示系统的实施方案。     

基于ARM的电磁流量计设计

针对在传统检测领域应用很广的8位单片机系统由于其性能和资源的局限性,只能完成仪器仪表的基本功能,设计开发基于32位的ARM处理器和嵌入式Linux操作系统的电磁流量计。该设计采用TFT彩色液晶屏显示,通过JFFS2文件系统采用的方式进行数据存储,以TCP/IP协议为基础的工业以太网通讯方式,使得电磁流量计更具智能化、人性化和网络化。该设计所搭建的嵌入式系统开发平台也可推广应用到其他检测仪表的设计中,加速检测仪表的系统开发。     

基于EP9312的5种显示接口硬件构造方案

对于嵌入式系统的显示电路模块设计,要根据不同的显示屏类型来决定。对于一些可供多种产品研发的通用系统平台,要根据不同产品的需要设计成可支持多种的屏幕。文章以EP9312的系统平台为例,详细介绍了同时支持TFT、CSTN、DSTN、LVDS、VGA屏幕的显示模块的硬件设计。给出了硬件电路设计的方法及注意事项,有利于促进多种类型的屏幕在嵌入式设备中的灵活应用。显示模块在系统整合后运行稳定,经过实际测试表明,电路的设计符合了嵌入式系统的要求,满足了设计需要。目前该显示模块设计已在银税类终端产品上得到应用。     

基于ZYNQ的HDMI显示端设计与实现

高清晰度多媒体接口(High-Definition Multimedia Interface,HDMI)显示接口是嵌入式实现的视频采集及处理系统的重要组成部分,并有逐渐成为此类系统的显示端标准接口的趋势.然而在ZYNQ平台中由于没有在芯片中集成HDMI控制器,所以普遍采用模拟视频信号显示,限制了处理效果的展示和人机之间的交互.采用ADI的开源HDMI IP核以及Xilinx提供的相关IP核结合ADI HDMI发送器ADV7511,在ZYNQ平台上以软硬件协同的工作方式设计实现了HDMI显示端.方案分别基于无操作系统和Linux操作系统环境实现,其中无操作系统实现可以被移植用于一些特定场合或供硬件系统测试使用;而在Linux操作系统下,通过结合直接渲染管理器(Direct Rendering Manager,DRM),本方案可以方便Linux系统下该显示系统的移植与集成.     

Characterization of Single-Electron Tunneling Transistors for Designing Low-Power Embedded Systems

Minimizing power consumption is vitally important in embedded system design; power consumption determines battery lifespan. Ultra-low-power designs may even permit embedded systems to operate without batteries by scavenging energy from the environment. Moreover, managing power dissipation is now a key factor in integrated circuit packaging and cooling. As a result, embedded system price, size, weight, and reliability are all strongly dependent on power dissipation. Recent developments in nanoscale devices open new alternatives for low-power embedded system design. Among these, single-electron tunneling transistors (SETs) hold the promise of achieving the lowest power consumption. Unfortunately, most analysis of SETs has focused on single devices instead of architectures, making it difficult to determine whether they are appropriate for low-power embedded systems. Evaluating the use of SETs in large-scale digital systems requires novel architectural and circuit design. SET-based design imposes numerous challenges resulting from low driving strength, relatively large static power consumption, and the presence of reliability problems resulting from random background charge effects. We propose a fault-tolerant, hybrid SET/CMOS, reconfigurable architecture, named IceFlex, that can be tailored to specific requirements and allows tradeoffs among power consumption, performance requirements, operation temperature, fabrication cost, and reliability. Using IceFlex as a testbed, we characterize the benefits and limitations of SETs in embedded system designs. In particular, we focus on the use of SETs in room-temperature ultra-low-power embedded systems such as wireless sensor network nodes. We also consider high-performance applications such as multimedia consumer electronics. We see this work as a first step in determining the potential of ultra-low-power embedded system design using SETs.     

基于PXA270芯片的嵌入式数字视频采集系统

数字化的嵌入式视频采集系统成为当前视频采集的的主流。该嵌入式视频采集系统以Microsoft Windows CE 5.0操作系统和基于PXA270芯片的硬件平台为核心,实现了对现场的实时视频采集。系统在嵌入式端既可以进行视频的显示也可以进行图像的抓拍,同时视频数据在嵌入式端进行压缩之后通过局域网络传输到PC端,PC作为服务器端,在PC端的软件实现了对视频分析、存储和显示等功能。系统可广泛应用于视频监控的场合。     

基于DOS平台的多串口通讯的实现

DOS系统由于技术成熟等优点在嵌入式操作系统领域始终占据着重要的地位,因此大部分的嵌入式计算机的程序设计都是在DOS平台上完成的.介绍了如何通过直接对INS8250的内部寄存器操作来实现串行通讯,以及多串口通讯在DOS平台上的中断服务函数的程序设计,并解决了多串口通讯的高号中断问题.     

基于嵌入式Linux的MP3歌词同步显示

该系统给出了一种在嵌入式硬件平台及Linux操作系统上,首次实现MP3播放与LED同步显示歌词的设计方案;在介绍了本系统的总体构架的基础上,结合嵌入式Linux的驱动程序设计框架,给出了MP3歌词在LED显示屏上显示的驱动程序设计,以及歌词同步的应用程序.本实验完成了在低端LED显示屏上实现多媒体化功能的设计,适用于曲艺团体或公众性场合集体教学或练唱的需求.     

基于ARM的温度监控系统设计

提出了一种实时操作系统,采用高速ARM嵌入式微处理器和数字温度传感器(DS18B20)进行的温度采集及监测实验.文中主要采用嵌入式实时操作系统Windows CE作为软件平台,用低功耗、高性能的Samsung公司的32位ARM微处理器S3C2440为主控芯片,以TE2440开发板作为硬件平台,设计了一个温度监控系统.其主要功能模块有温度信号采集模块、ARM控制模块、数据读取模块和显示模块.整个系统使用windows ce操作系统下的EVC编译软件进行设计,采用C++语言编程实现数据的采集、读取、传输以及LCD显示,设计灵活,调试简单.