嵌入式系统低功耗软件技术分析论文

时间:2023.7.19

  摘要:嵌入式系统分析的时候,最重要和最关键的就是功耗问题,想要保证有效降低功耗,应该从系统角度来分析嵌入式系统问题,低功耗嵌入式系统不但需要硬件设备的保证,也需要系统软件技术的支持,合理优化配合系统软件和硬件技术,才能达到真正降低嵌入式系统功耗的目的,本文主要分析了嵌入式系统低功耗软件技术。

  关键词:嵌入式系统;低功耗;软件技术

  一、嵌入式系统功耗问题概述

  目前,不断发展计算机技术,开始广泛应用嵌入式系统,越来越高要求系统功耗问题。在嵌入式系统中应用电池供电的便携设备,因为是有限的电池存储量,不能持续为设备提供电量。一般来说,为了能够具备比较高性能,需要合理安置高性能CPU,依据实际运行规范,适当提高外围设备数量,会降低系统功耗,衡量嵌入式系统性能的关键就是低耗能,为了能够具备最平衡的高耗能和高性能需求,在符合系统实际运行性能要求基础上,尽可能降低系统耗能,从而确保可以长期运行系统,从软件和硬件两方面分析系统节能问题[1]。

  二、嵌入式系统低功耗软件技术设计

  (一)应用软件编写的节能设计。

  第一,中断替代系统中查询。系统简单应用中,不管应用哪种程序方式都不会出现很大差异,差别大的就是消耗功率。中断方式处理系统中,中央处理器可以不做任何事,或者能够直接进入到等待或停止模式;如果是查询形式,需要中央处理器不断访问I/O寄存器,出现额外功率。第二,代替子程序。设计人员都知道,相比较读RAM来说,读Flash消耗功耗比较小,因此,在设计CPU的时候,RAM会展现低功耗性能,但是仅仅只能一次调用子程序,子程序进入到CPU以后,会暂时存储中央处理器寄存器,离开系统的时候,CPU会弹出寄存器,此时至少需多次操作RAM,因此,设计人员在设计程序系统的时候,利用宏来代替子程序来。设计中是在子程序、还是宏上调用系统没有很大区别,但是编译的时候会依据中央处理器进行实施,避免调用子程序,但是最重要的就是增加代码数量,上述方式可以适当降低系统功耗[2]。

  (二)应用程序编译的节能设计。

  第一,降低冗余代码。处理器处理系统时候消耗30%能量就是cache消耗的能量,此外,如果不能命中cache的时候,会交换内容,所以,外部总线被驱动的过程中会增加能量,编译程序的时候适当降低冗余代码,会极大程度降低cache活动,以便于达到降低系统功耗的目的。第二,优化I/O功耗技术。系统中比重中,驱动I/O端口需要的能量在整个系统中具备极大比重,因此,为了能够降低系统耗能量,应该适当降低应用驱动I/O端口次数,也就是依据编码设计技术来不断降低和压缩I/O数据,从而达到降低I/O频率的目的。优化和分析应用程序存储局部性访问性能和交换总线地址活动性质的时候合理应用编译器,从而达到编译编码的目的,此外,还需要系统硬件具备一定解码作用。在分析系统程序的过程中,不断优化局部高频数据性能,从而降低操作访问系统频率和次数,不仅可以降低系统功耗,还能为系统运行提供能量。

  (三)硬件低功耗节能技术。

  第一,DPM。动态管电源管理(DynamicPowerManagement)可以依据嵌入式系统实际运行情况来适当关闭不需要的系统设备,如,硬盘或者显示器等,第二,依据系统运行实际负载来合理调整总线频率和中央处理器波率。目前,已经具备完全智能化的管理动态电源方式,在没有人为原因接入和干扰的前提下,能够快速转换系统运行速度,一般每秒能够实施几百次,从而能够达到节能的作用。第三,APM。高级电源管理(advancedPowerManagement)主要就是用来为系统提供BISO管理电源机制,在开发系统的时候适当把硬件编程接口加入BISO中,能够成为沟通操作系统和主办的重要枢纽,建立APM-BISO,上述方式能够依据实际情况来有效合理调整系统自身硬件耗能[3]。

  结语

  总之,由于不断发展微电子技术,嵌入式系统开发中低耗能成为重要问题,从应用程序编译的节能设计、硬件低功耗节能技术、应用软件编写的节能设计三方面分析优化系统功耗问题,尽可能降低系统功耗。

  参考文献

  [1]刘露,李小进,张宏等.基于访存特性的嵌入式移动设备软件低功耗优化方法[J].计算机应用研究,2014(11):3392-3396.

  [2]宋彦,郭兵,沈艳等.嵌入式系统低功耗的软件实现方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,11(9):4-7.

  [3]王奇,徐文韧,唐克等.嵌入式系统的软件低功耗技术实现策略[J].舰船电子工程,2013,33(3):74-76.



第二篇:浅析给水系统的运用与分析论文


  1工程概况

  我校一研究生公寓,主体为九层框架结构,建筑高度33.0米。给水设计中市政给水保证压力为3.0MPa(压力零点与建筑标高零点重合时),为满足用户用水要求又节省能源,建筑实行分区供水。5层及以下划分为低区利用市政压力进行供水;6层以上划分为高区,因为建筑立面的原因顶层无法提供高架水箱的设置位置,故使用水箱和气压罐联合供水。水箱位于9层顶,设置高度为33.5米,由架空层水泵加压后供水到水箱,然后由补水泵加压后向6、7、8、9层供水

  2气压给水设备选择

  本项目属研究生公寓,每个房间均设置单独卫生间,根据《宿舍建筑设计规范》JGJ36-2005,属于II类宿舍。8层和9层每个房间居住2人,6层和7层每个房间居住4人,每层有80个房间,故气压罐服务范围内的用水人数N=80*2*(4+2)=960人。卫生洁具设置为每个房间设2个洗脸盆,1个拖布池,1个淋浴器,1个低水箱蹲便器,根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003进行气压给水系统的选型:

  2.1气压罐调节容积的确定。Qh=ql*Kh*N/24=150*2.5*960/24000=15m3/h=4.16l/sVq2=aa*qb/4nq=1.0*1.2*15/(4*8)=0.56M3Vq=βVq1/(1-ab)=1.05*0.56/(1-0.75)=2.35M3说明:(1)气压罐服务人数较多,故用水量时变化系数取小值;(2)用水计量收费,日用水量也取小值;(3)每小时补水泵起停次数取8次。选择稳压设备型号为SQL1200*0.6,工作压力0.6MPa,水泵流量QL=4.44l/s,扬程24米,气压罐调节容积0.56M3。

  2.2气压罐起泵压力P1的确定。根据规范3.8.5条,P1≥H+H1+H2+H3,H为水箱最低水位至管网最不利给水点的高度差,本工程中为-3m。H1为由水箱至最不利给水点的管路沿程阻力损失,本例中管线为DN80的涂塑钢管,最远点距离水箱的长度为80m,故根据《钢塑复合管工程技术手册》:H1=hf=i*L=8.973*10-3*Q1.774/Dj4.774*L=8.973*10-3*(2.22*10-3)1.774/(0.0079)4.774=2.57m(设管路沿途均匀用水,故取Q=1/2Qh)H2为由水箱至最不利给水点的局部阻力损失,取H2为30%的沿程损失为2.57*0.3=0.77m;H3为最不利给水点用水设备的出流水头,本项目中取淋浴器混水阀处出流水头为7m;故系统的起泵压力P1=2.57+0.77+7-3=7.34m,取7.5m。

  2.3气压罐停泵压力P2的确定。因水泵扬程为24米,故停泵压力取23米,故系统的停泵压力P2=23m。根据以上计算结果,安装了气压给水设备并设定了补水泵的起停值,设备投入了使用。

  3出现问题

  在设备投入使用后,发现补水泵起停特别频繁,现场实测基本每分钟起停1次,远超出了规范规定的每小时起停6-8次的要求,不仅对电气系统和水泵造成不利影响,而且系统难以使用。进一步观测发现水泵不仅在早上7:00-9:00用水高峰时段起停频繁,甚至在9点以后用水量较少时起停也非常频繁,给系统运行造成很大不利影响。

  4现象

  分析按照建筑给水排水设计规范本研究生公寓属于II类宿舍,给水性质介于分散型给水和集中型给水中间,故09版规范单独列出了I类、II类宿舍的单独用水标准。在水泵停泵的这段时间内,生活用水全部由气压罐储存水量提供,气压罐不仅起到了系统保压的作用,而且也有提供储存用水量的作用。水泵启动频繁,肯定是用水量Q过大超出了设计中的平均时用水量而调节容积Vq2偏小储存水量有限,系统用水过程中气压罐内水很快消耗掉水压很快就低于了起泵压力P1,由此导致多次起泵以满足用户用水需求。

  5解决办法

  根据以上情况,有两个办法可以解决此问题:一是,减少气压罐的服务范围来减少用水量Q(即使在非高峰时段),二是,增大气压罐调节容量Vq2增加储存水量,由此我们采取了以下几个办法。

  5.1供水高区和低区串联。利用非高峰时段低区的富裕压头,减少非高峰时段气压罐的服务范围,解决非高峰时段高区的用水问题根据实测情况,虽然市政供水压力保证值为0.30MPa,但非高峰时段实测水压经常能达到0.4MPa,基本能满足8层建筑的需要。故在低区和高区之间加设了一根DN100的联络管,将低区和高区串联起来,利用非高峰时段的水压满足部分高区用水要求,从而减少了高区气压罐的服务范围使高区用水量Q降低(在联络管上加设止回阀防止高区供水串到低区),就解决了非高峰时段补水泵起停频繁的问题。

  5.2增大气压罐的调节容量Vq2。上述方法虽然解决了非高峰时段的用水问题,但在高峰时段7:00-9:00时仍存在问题,因为此时整个管网用水量较多管网供水压力本身就比较小(实测发现也就在0.30MPa左右)低区无富余压头可供高区利用,上述方法就不起作用,补水泵起停仍旧频繁,故需要增大气压罐的储存水量来解决问题。根据气体的克拉伯龙方程式PV=NRT,厂家在设计时根据气压罐的工作压力比、使用压力和调节容积Vq2充入了一定质量的氮气。对此气体而言,在使用压力P一定时,气体体积V与物质的量N成正比,减小气体量N在P相同时V自然就减小了,储存水量相应增大。气压罐出厂时罐内气体压力一般都为补水泵扬程的3/4,根据使用情况放出部分气体使气压罐初始气体压力约等于补水泵扬程的1/2,由此使气压罐的调节容量增大,达到减少起停频率的目的。使用以上两种方法,基本解决了本项目遇到的水泵起停频繁的问题。

  6结语

  从本气压给水系统的使用情况分析可以得出:

  6.1研究生公寓给水系统属于分散型给水和集中型给水中的一种型式,其平均小时用水量很大,而且用水的时变化系数也很大,在规范中对其用水量情况研究较少,规范中有关公式计算时应取较大值。

  6.2通过调节气压罐内气体压力的大小可以改变气压水罐的调节容积,从而减少配套水泵的起停频率,在特定场合具有一定的适用性。

  6.3典型的间歇供水系统,可以使用气压罐停机保压自动控制的功能,但要利用其储存水量供水时,受其气压罐调节容积的限制,其应用范围有所限制。

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