嵌入式软件算法级能耗建模与分析

针对嵌入式软件算法级能耗的优化问题,建立算法级能耗估算模型。以旅行商问题(TSP)为例,采用神经网络算法、遗传算法等进行能耗求解,对求解过程中的算法执行次数、算法复杂度以及运行时间这3个特征值进行能耗分析,通过能耗估算模型计算出算法针对TSP问题的能耗估算值,并将该估算值与使用sim-panalyzer功耗仿真平台求解得到的能耗测试值进行比较,结果表明,能耗测试值与估算值的误差在10%左右,证明该能耗估算模型具有较高的准确性。     

一种嵌入式实时系统软件能耗建模与分析的方法

随着嵌入式实时系统低能耗研究的不断深入,软件能耗已经成为影响系统的主要因素,并朝着定量分析方向发展.针对嵌入式实时系统缺乏有效的软件能耗建模与分析的方法,提出一种基于进程代数的嵌入式实时系统软件能耗建模与分析的方法.通过在时间通信顺序进程上扩展价格信息得到价格时间通信顺序进程,将嵌入式实时系统指令的功耗映射成价格时间通信顺序进程的价格,利用价格时间通信顺序进程对嵌入式实时系统软件能耗建模并进行量化分析,提出的最优路径算法可以对建模结果进行指令功耗可满足性检查,并计算当前最低能耗可达路径.该方法可以从很大程度上提高嵌入式实时系统软件能耗计算和分析的准确性,计算结果有助于嵌入式实时系统软件能耗的量化分析和优化设计.     

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.     

基于时间Petri网的嵌入式系统构件建模与能耗分析

现有软件能耗分析方法主要研究算法级和指令级能耗,对于软件体系结构级的能耗研究较少。为此,从嵌入式系统的软件体系结构出发,在传统Petri网的基础上加入价格和时间标签,建立价格时间Petri网。通过价格时间Petri网构建软件构件和连接子能耗模型分析系统软件能耗,并提出最小能耗可达路径算法降低系统执行能耗。实验结果表明,该模型测得的实际能耗结果与预期结果误差较小,并且能降低系统整体能耗,提高资源利用率。     

基于嵌入式软件算法级能耗问题研究

能耗已经成为嵌入式系统设计中一个重要的约束条件.嵌入式系统是典型的软件驱动执行系统,硬件的电路活动直接导致系统参数功耗,而软件中的指令执行和数据存取等操作底层的微处理、总线、Cache、存储器和I/O接口等硬件的活动都会间接的导致系统参数功耗.在现代“低碳经济”的背景下嵌入系统的功耗已经引起人们关注的一个重点.而软件设计早期对高层所作的功率耗评估和优化对整个系统的的能耗影响最为显著.本文通过构建算法级能耗估算模型,并通过实例采用神经网络算法、遗传算法等进行能耗求解,同时在求解过程中进行能耗分析.     

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。     

嵌入式软件体系结构级能耗建模方法

从软件体系结构层面出发,假设体系结构级软件特征量与嵌入式软件能耗之间存在非线性函数关系(线性函数关系可被认为是一种特殊的非线性函数关系),并以此假设为基础,提出了一种利用BP神经网络在体系结构级估算软件能耗的模型,能耗模型对5个体系结构级软件特征量进行度量,使用BP神经网络拟合出软件特征量与嵌入式软件能耗的非线性函数关系,并通过实验验证了模型的有效性和假设的合理性.     

基于OOPN的嵌入式系统的建模研究与实现

本文结合了面向对象和Petri网两种建模方法的优点，提出了一种新的面向对象Petri网的建模方法。主要研究了面向对象Petri网方法在嵌入式系统设计中的具体应用，并通过实验对该方法进行了正确性论证以及资源分配情况的定量分析。该方法为嵌入式系统的设计提出了一种行之有效的形式化分析方法，使得复杂的嵌入式系统描述更加模块化，具有可重用性，大大提高了嵌入式系统建模和分析的效率。     

基于LabVIEW的嵌入式软件能耗测量方法

针对嵌入式软件的运行能耗评估问题,设计一种基于LabVIEW和NI多功能数据采集卡的嵌入式软件能耗测量方法。利用编写的数据采集程序,直接对测量目标的电流电压通道以及用于标记状态的数字通道进行同步能耗数据采集。目标程序被封装成测量单元,通过GPIO端口向数字通道发送状态。该状态用于区别采集到的电流电压数据样本是否为目标程序执行时的样本,并采用近似能耗计算方法处理样本数据。通过对真实平台的能耗测量结果表明,该方法所得测量数据的最大差值保持在0.2 mJ左右,具有较高的精准性。     

基于流程图的嵌入式软件能耗模型

采用基于流程图的能耗模型对嵌入式软件的能耗进行估计,首先以流程图分析C语言程序流,对于流程图中无法体现的能耗以修正值的形式进行补偿,最终建立软件能耗模型。为了验证该模型的可行性,给出实际电路测量方法。实验结果表明,在ADSP21375硬件平台下,该模型软件能耗估计值和实际测量值的误差较小。该方法可以使软件设计者在系统开发初期对能耗进行估计,便于设计合理的程序语句对系统能耗进行优化。     

Energy Metric for Software Systems

Acknowledging the intense requirement for low power operation in most portable computing systems, this paper introduces the notion of energy efficient software design and proposes metrics, for evaluating software systems in terms of their energy consumption. Considering the sources of power consumption in every digital circuit, and the fact that power is primarily dependent on the executing software, appropriate energy measures are derived, which can be extracted from the flowgraph of a program. The proposed measures are computed by applying rules common to the existing hierarchical measures of other internal software attributes, and form the basis for the definition of a software energy metric. This metric can be used in order to determine the level of energy consumption of any software system more efficiently than existing assembly-parsing techniques, with only a limited penalty in accuracy. Application to different implementations of algorithms, drawn from matrix algebra and multimedia, demonstrates the efficiency of the proposed energy metric for comparison purposes, and as an indicator for quality improvement.     

汇编嵌入式软件程序流程图自动生成的研究

程序流程图的自动生成是软件结构分析及软件测试的基础。为实现汇编嵌入式软件程序流程图的自动生成,本文首先分析汇编嵌入式软件的特征,将汇编指令划分为5种典型类型,分别定义其单链表存储结构,给出链表生成算法。在此基础上,给出汇编嵌入式软件程序流程图自动生成算法。最后,对算法的时问复杂度进行了分析。     

嵌入式软件建模、实现与验证：研究与进展

随着计算机硬件设备计算能力的迅速提高,嵌入式系统中软件的规模和复杂度的急剧增大,软件可靠性在嵌入式系统中的重要性占据了统治地位。本文首先概要介绍了嵌入式软件不同于传统商业软件、科学计算软件的物理性、实时性、领域性等重要特征,以及由此带来的困难和挑战。然后重点介绍目前在解决嵌入式软件系统开发过程中的问题时所采取的建模思想、实现技术和验证方法。最后对嵌入式软件及其相关技术的发展进行了展望。     

嵌入式软件编译时能耗演化优化算法

编译选项的选择优化为降低嵌入式软件能耗提供了一种可行且有效的解决方案. GA-FP算法将频繁模式挖掘应用到演化过程中并已取得了较好的结果.然而, GA-FP还存在事务表规模较大、频繁选项模式的启发信息不全和时效性不好以及单点变异效率不高的缺点,潜在地影响了解质量和收敛速度.针对这些问题,文中提出一种嵌入式软件编译时能耗演化优化算法GA-MFPM. GA-MFPM借助逐代替换参考点和事务表的机制以降低事务表大小;在此基础上提出可获取更多启发式信息的频繁编译选项挖掘算法,并采用逐代挖掘的策略以保持频繁选项模式的时效性;进一步设计最大频繁模式匹配算法进行多点变异,以提高优化质量和收敛速度.通过与GA-FP在5个不同领域的8个典型案例下实验对比的结果表明:本文GA-MFPM获取了较GA-FP更低的软件能耗(平均降低2.4%,最高降低16.1%)和更快的收敛速度(平均加快57.6%,最高加快97.5%).     

改进BP神经网络在软件能耗分析中的应用

提出以软件特征量为基础的嵌入式软件体系结构级能耗建模方法。利用软件特征量与嵌入式软件能耗之间存在非线性函数关系的特点,采用基于改进遗传算法的BP神经网络算法进行训练拟合。从初始群体、编码、模拟退火算子3个方面对遗传算法进行改进以增强拟合的效果。实验结果证明,基于该算法的能耗模型预测值与实际能耗值的误差较小。