低功耗嵌入式系统分析与应用

1什么是嵌入式系统

嵌入式系统跟传统的计算机系统存在很大区别，相比计算机能够更灵活的处理具体的应用功能，在软硬件上也是如此，同时该系统还具有不是PC系统但却同样具备计算机功能的一套独有系统。嵌入式系统的主要作用是进行辅助控制和检测等，它属于融合多方面的先进技术而进行针对性运行的系统。嵌入式操作系统、嵌入式微处理器、用户应用软件和设备是构成嵌入式系统的四个基本部分，其中嵌入式微处理器和设备是嵌入式系统的硬件设备，嵌入式操作系统和用户应用软件则是其软件部分。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的任务分配和内部控制，嵌入式微处理器则是嵌入式系统的关键核心，它能处理相当多的不同功能，并能将系统的可靠性和效率提升到一个新的高度。

2低功耗嵌入式系统技术的起源

近年来，人类经济社会和科学技术的快速发展消耗了大量的能源，造成不少能源面临枯竭的局面。面对这种情况，那些高能耗的技术都应该加强创新，减小能源的消耗量才能获得更长远的可持续的发展。嵌入式系统在这种大环境下应该走绿色环保的可持续发展道路，积极跟全球进行更好的融合和交流，同时也要加强自身的创新能力，加快低能耗技术的发展，缩减成本、降低能耗作为竞争优势，从而收获更大的利益。

3低能耗嵌入式系统的基础

嵌入式硬件和嵌入式软件是嵌入式系统的两个主要部分，主要包括前面提及的四个基础部分，嵌入式系统的这两个层次是研究低能耗技术的主要方向。对于嵌入式硬件部分低功耗的探究，应该研究这些部分：电池是硬件部分追求低能耗研究不可忽视的部分，因为电池对于移动设备来说是判别他们好坏的一个重要参考因素，生产出耗电量小、储存电力能力也强的电池是研究硬件低能耗的一个重要部分；用于制作低能耗硬件的材料是嵌入式系统追求低能耗的另一关键，性能好、材质高的材料主要是依靠材料的更新换代而得到，因此它主要受外界的因素影响。嵌入式微处理器在使用时将多余冗杂的部分丢掉而只保留了主板功能，从而极大的提高了低功耗的效率，而体积大幅度减小则促使低功耗技术获得更好的发展。而嵌入式系统低功耗软件部分的研究，则主要集中在算法级的功耗优化等有关部分，它也能为系统降低功耗做出相应的贡献。

4低功耗嵌入式系统怎样实现创新

随着大型集成电路规模的不断增大，对芯片的功耗也越来越大，而低功耗嵌入式系统技术在嵌入式系统不断发展的条件下，也有了更高的创新要求。怎么减少硬件设施的使用材料，怎么更新工艺节约成本，怎么在能耗最小的同时还能获得利益最大化，怎么谋求电池等硬件设施的技术进步，怎样改进算法编程，让软硬件更好的结合在一起，这些都是在嵌入式系统发展过程中实现低功耗需要考虑的问题。

5低功耗嵌入式系统技术的运用

在知识更加丰富，科学技术更加发达的信息化时代，多种学科和各种知识互相结合的技术性综合性嵌入式系统已经得到了广泛的应用，并且还将面临更好的发展机遇。嵌入式系统硬件和软件部分是低功耗技术的两个主要应用方面。嵌入式系统的根本是它的硬件部分，对硬件的低功耗技术发展相对较早，因此具备一定的技术实力，同时也很难在短时间内获得重大的突破。而对于系统应用的关键核心以及重要组成部分，系统的软件应用进行低功耗研究开发意义重大，对降低整个系统的能源消耗都有着非常积极的作用，这样才能从根本上实现低功耗的效果。

6低功效硬件技术的应用

嵌入式微处理器和设备等嵌入式硬件系统的低功耗技术已经达到了一定的水平，并且在电子商务和工业控制，以及在人们的日常生活中都有了比较广泛的应用，选择使用能耗较低的组成部分对于降低嵌入式系统的硬件耗能效果非常明显。比如ARM微处理器就是能耗非常低的一种硬件，它已经被广泛应用于许多移动设备等电子产品中，而且它体积小、能耗小但性能强等优点为开发低功耗硬件指明了发展方向。拥有嵌入式系统的设备有着更加严格、精确的要求。以芯片为例，因为电路器件的老化跟热载流子和电迁移等有关，所以对芯片的散热要求更高：功耗的增加会使芯片的温度升高进而导致一连串的机制故障，比方说一些封装故障、电迁移等，温度每升高一度，器件出现故障的概率就会升高两倍。而使用低功耗嵌入式系统的芯片能使器件的损耗降低一倍，因此有必要加强对低功耗嵌入式系统的运用。

7低功耗软件技术的应用

将嵌入式操作系统进行优化是嵌入式系统软件部分进行低功耗研究的主要目的，要实现这一目的需要同时对编程和算法等方式和功能消耗策略管理等方面进行优化。对嵌入式系统的核心部分应用低能耗技术对于降低整个系统的能耗意义重大，因为嵌入式操作系统控制着整个系统的任务分配。要提高系统工作效率，并且让暂时不工作的部分处于一种更节能的状态，从而让整个系统的能耗降低，是我们目前努力的方向。

8结语

在经济社会和科学技术不断发展的同时，也消耗了大量的能源，使那些能源消耗较大的行业面临巨大的挑战。嵌入式系统必须从硬件和软件两方面向更加节能、能耗更低的方向发展，才能获得更好更长远的前景和更加广泛的应用。

作者：尹文杰 单位：湖北经济学院