嵌入式系统低功耗设计问题探究

摘 要 嵌入式系统是电子信息发展的核心科技，随着手机、GPS等设备的发展，嵌入式系统的应用越来越广泛。嵌入式系统实现的小型的设备的智能化操作，它是根据软件和硬件的综合设计来实现应用的。嵌入式系统的开发中，低功耗设计是每个工程师所追求的，这也符合当今节能环保的潮流。本文分析力嵌入式系统低功耗设计存在的问题以及设计中如何实现低功耗的设计思想，从硬件、软件、电源、输出和输入等方面论述了嵌入式低功耗的设计问题。

【关键词】嵌入式系统 低功耗 设计

1 引言

嵌入式系统的应用非常的广泛，在当今智能化电气的推广中也是应用到了嵌入式系统的开发，比如在冰箱、手机、GPS等等设备中嵌入式发挥着非常强大的作用。嵌入式的设计开发主要实现的就是对于电子设备以及电子信息的智能化，从而实现操作方便，智能控制。在嵌入式系统设计中存在着一个问题，就是低功耗设计问题，嵌入式系统在应用当中很多都应用到移动设备当中，这就需要考虑耗电问题，移动产品能够保持充足的工作时间对于电子产品是非常受到人们喜爱的。

2 嵌入式系统功耗

嵌入式系统包括硬件、软件以及集成电路等等设计方面，各个模块都发挥着自身的作用，每部分都需要电源的作用，嵌入式系统的功耗问题也就应运而生。为了解决嵌入式节能问题以及在移动设备中超长的工作时间，我们需要进行嵌入式低功耗设计的研究。

当今人们对于绿色环保追求越来越看重，因此电子产品的耗电问题也是非常的突出，电子设备一般都应用到了嵌入式系统，电池的供电相应的也是问了解决嵌入式系统的电量的提供。延长电池寿命，降低电池的功耗是提高系统性能的有效的手段。

3 硬件低功耗设计

3.1 低功耗芯片、元器件

低功耗元器件是改善嵌入式硬件系统的最直接的手段，通过选择功耗低且性能良好的元器件，将硬件电量的耗电性能做到改善是实现低功耗的第一步。当前的芯片中，CMOS芯片具有很低的功耗，在当前也是非常的热门。在使用CMOS应用时，不能将输入端悬空。空置的输入端存在电平值，可能会影响到高低电平转换，我们知道在数字电路中高低电平的转换代表的就是二进制中的0和1的表示。

3.2 电源管理设计

在模拟电路中会有功放、运放等放大器件，这些器件一般有两种供电方式，及正负极供电和单电源供电。在电源管理中，我们能倾向于单电源供电，单电源会有两倍的供电电压，因此作用范围就会增大，但是由于高电压的应用，会造成功耗大的问题出现。所以我们在设计电源模块的时候要尽量保持低电压设计，在设计中现在有一种比较实用的方法，就是采用不同步的供电技术。通过对各个模块实现低电压供电，将不同的模块实现不同步供电，模块不是一直都在供电状态，通过智能的设计，在模块需要工作的时间内设置为供电状态，不需要工作时设置为断开状态，这样通过对模块的分时供电，可以实现节能低功耗。

3.3 合理利用I/O口资源

嵌入式处理器供电时，I/O口会带有高电平的输出值，所以可以充分利用这些I/O口作为其他模块的供电电源，这就是对于I/O口充分的利用。嵌入式I/O口的供电大概能提供20mA的电流值，当外部模块的值低于该值的时候，就可以通过电路设计达到对于外部低电压的供电，另外就是I/O口最为电源指是要提供电能，如果外模块的设计对于I/O口产生反馈作用则不能应用，否则就会 因为反馈导致I/O口对嵌入式处理器产生作用，影响嵌入式系统的正常工作。

3.4 智能电源设计

功耗问题也体现在对于电源的设计上，通过智能设计电源的供电情况对于不必要电量的节约是解决功耗问题的有效手段。智能电源就是对于电源供电模块的优化作用，智能电源的作用形式是通过对电源的智能化处理，实现自动检测芯片的供电情况，确保电能不被浪费。另外通过电源的设计，将处理器以及外设模块的供电进行合理的电能提供，并且采用时分形式，不同的时间段实现不同的工作状态。

4 软件低功耗设计

4.1 软件编译优化

软件编译对于低功耗的实现时通过不同的软件算法，将程序运行周期降低，这样的话实现的就是模块的运行时间缩短，也就使得电量消耗的时间减小。通过高级语言编写的面相对象的或者面相问题的很难控制低功耗问题，但是通过汇编、HTML语言编写的就可以实现通过选择性的指令实现编译中对于模块的供电作用的功耗问题。

4.2 软件硬件的合理运用

嵌入式系统实现的是对于单片机以及搭载的嵌入式软件系统的综合应用，在设计当中考虑的是硬件和软件双方面的作用，这种作用就是通过软件指令的设计实现的。如果再软件设计上实现将不必要的硬件操作减少的话就会直接减少功耗。当然要考虑软件和硬件分别的处理时间，通过合理的分配软件和硬件的工作量实现功耗的降低。另外在对于高性能处理器的作用时，如果过多的使用软件作用，则高性能处理器体现出的就是大量的功率损耗，所以要针对不同的嵌入式系统进行不同的减少功耗的合理设计。

4.3 时钟程序设计

软件在进行编译时，要引入硬件的时钟，这就是对于软件的延时以及硬件的定时器的设计方面。软件的延时相对硬件来说是消耗功耗多的，所以在降低功耗上还是尽量使用硬件时钟延时。在功耗问题上我们应当注意，虽然很多措施都可以实现功耗的降低，但是也要考虑到工作效率，如果以降低工作效率来实现低功耗，那么这就不是正常的发展模式了。

5 结束语

嵌入式的开发注意的问题非常的多，其中低功耗的设计思想是非常需要考虑的，但是在设计当中我们应当综合考虑各方面的因素，在保持工作效率的高效性的同时实现低功耗才是我们所追求的目标。通过综合因素的考虑，实现软硬件的合理分配，将先进的电源管理应用到其中，是实现低功耗的有效途径。

参考文献

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[4]卜爱国，李杰，王超.嵌入式系统动态电源管理技术研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（10）.

作者单位

四川交通职业技术学院 四川省成都市 611130