嵌入式系统高能效软件技术及应用

    《嵌入式系统高能效软件技术及应用(中文版计算机科学与技术学科研究生系列教材)》由赵霞所著，全书共11章。第1章为绪论，第2章介绍高能效软件技术基础及现有研究工作基础；第3～6章是操作系统电源管理，介绍操作系统电源管理模型，处理器动态频率调节策略和设备动态功耗管理策略以及自适应电源管理机制；第7、8章是嵌入式系统能耗模拟与评估，介绍全系统能耗模拟框架和系统能耗模型、基于宏模型的快速软件能耗估算、嵌入式系统软件能耗评估；第9、10章是能耗优化与应用初探，介绍在Android智能手机上所做的运行时系统能耗建模、手机电池使用时间预测，以及面向国产龙芯处理器的低功耗编译优化方法；第11章是结论与展望，可供计算机及其相关领域的科研人员及高等学校相关专业师生参考使用。

    《嵌入式系统高能效软件技术及应用(中文版计算机科学与技术学科研究生系列教材)》由赵霞所著，本书全面介绍嵌入式系统高能效软件技术基本原理及相关技术，深入剖析嵌入式系统软件的能耗特征，介绍了软件运行对系统能耗的影响，包括操作系统电源管理、嵌人式系统能耗模拟与评估、低功耗编译优化以及智能手机能耗优化等内容，讨论了降低系统能耗、减少能耗浪费、提高系统能效的问题。本书涉及计算机硬件、体系结构、编译器、操作系统、应用程序等内容，对高能效软件技术进行探索与研究，并给出了针对ARM嵌入式系统、龙芯处理器、HTCAndroid智能手机等实际系统的能耗问题的解决方案与结果。《嵌入式系统高能效软件技术及应用(中文版计算机科学与技术学科研究生系列教材)》可供计算机及其相关领域的科研人员及高等学校相关专业师生参考使用。

第1章绪论1．1引言1．2高能效软件技术的研究内容1．2．1高能效软件技术的含义1．2．2高能效软件技术的研究内容1．3高能效软件技术的研究进展1．4本书的研究内容及意义第2章高能效软件技术基础2．1硬件基础2．1．1低功耗电路设计技术2．1．2器件级低功耗设计技术2．1．3移动设备的能耗特征2．1．4处理器的低功耗特性2．2运行时高能效软件技术2．2．1动态功耗管理2．2．2动态电压／频率调节2．3开发阶段的能耗优化与评估2．3．1编译优化2．3．2软件算法优化2．3．3软件体系结构优化2．3．4面向全系统的软件能耗估算第3章电源管理建模3．1操作系统资源管理3．1．1被管理对象与管理活动3．1．2资源及其管理要素3．2电源管理的目标与权衡3．2．1电源管理目标的演化3．2．2电源管理的权衡3．3电源管理模型3．3．1可管理部件及其功耗状态机3．3．2工作负载及其资源需求3．3．3工作负载执行状态及系统事件3．3．4电源管理过程3．3．5模型的特点3．4可管理部件特性分析及决策原则3．4．1功耗可管理部件的特性及决策原则3．4．2电压可调节部件的特性及决策原则3．5工作负载的资源需求预测3．5．1工作负载的处理器需求3．5．2观测数据的时间序列分析3．5．3工作负载处理器需求的预测3．6小结第4章基于交互场景的动态频率调节4．1交互嵌入式操作系统的用户交互特征4．1．1人机交互过程的时间特征4．1．2用户响应时间特征4．1．3系统响应过程4．2交互系统中的动态频率调节4．2．1场景及其处理器需求4．2．2场景执行模式及场景识别4．2．3处理器需求因子预测与处理器性能级别调节算法4．2．4交互任务的调度优先级调节4．3实验结果与分析4．3．1能耗评估公式4．3．2策略的效果分析4．4小结第5章人机交互驱动的设备动态功耗管理5．1交互应用的状态转换图5．2设备空闲时间预测及DPM决策5．3常规用户响应时间阈值的计算5．4试验结果与分析5．4．1实验环境与实现5．4．2实验结果分析5．4．3对性能影响的评估5．5小结第6章自适应电源管理系统6．1自适应电源管理监测6．1．1监测器结构6．1．2基于观察者模式的监测器6．2实时电源管理决策6．2．1决策操作的分类与部署6．2．2Linux中的DVS决策处理6．2．3实时性分析6．3硬件功耗状态控制6．3．1电源管理控制器结构6．3．2状态集合6．3．3启动服务6．3．4运行时服务6．4小结第7章嵌入式系统能耗模拟7．1全系统能耗模拟框架7．1．1系统结构7．1．2全系统模拟器7．1．3体系结构级处理器模拟器7．1．4软件能耗分析器7．2基于宏模型的快速处理器能耗模拟7．2．1指令在流水线上的执行过程7．2．2指令级处理器能耗宏模型7．2．3建模7．2．4验证7．3系统部件能耗模型7．3．1体系结构级处理器能耗模型7．3．2时钟精度的外围部件能耗模型7．3．3系统部件能耗模型实例7．4实验与验证7．5小结第8章嵌入式系统软件能耗评估8．1软件能耗估算与基本算法8．2操作系统的能耗估算8．2．1原子例程的能耗估算8．2．2例程和服务的能耗估算8．2．3执行路径的能耗估算8．3应用程序能耗估算8．3．1识别进程标识8．3．2进程能耗映射8．4嵌入式软件能耗分析与评估8．4．1服务调用次数及能耗特征8．4．2例程／服务的功能与能耗关系分析8．4．3执行路径中的隐式服务能耗对能耗估算的影响8．4．4内核系统调用的能耗分布8．4．5用户态与内核态能耗分布8．5软件能耗优化8．5．1能耗优化问题的讨论8．5．2一个应用软件能耗优化实例8．6小结第9章智能手机能耗建模与预测9．1智能手机电池使用时间指示研究现状9．2智能手机系统能耗建模9．2．1手机电池放电特征9．2．2系统情境9．3电池使用时间预测9．4基于电池放电率的预测9．4．1电池放电率～系统情境属性建模9．4．2电池使用时间预测9．5基于电池使用时间比的预测9．5．1参考曲线与电池使用时间曲线的转换9．5．2电池使用时间比的线性回归9．5．3电池使用时间预测9．6实验结果与分析9．6．1智能手机各部件的能耗分布9．6．2模型的误差分析9．6．3系统情境属性对预测误差的影响9．6．4预测方法对比分析9．7小结第10章低能耗编译优化10．1引言10．2Profiling驱动的DFS编译优化10．2．1编译优化方法的思路10．2．2编译优化流程10．2．3区域与处理器频率的选择算法10．3在龙芯2F上的实现10．3．1龙芯处理器特性10．3．2性能评价指标10．3．3能耗估算模型10．4实验结果与分析10．4．1测试程序在不同频率下的执行时间与时钟周期比10．4．2性能与能耗结果分析10．4．3调频开销及性能指标对算法的影响10．4．4两种处理器上的Cache配置对DFS优化的影响10．5小结第11章结论与展望11．1结论11．2展望附录A测试程序及指令基本能耗附录B四种Cache操作能耗、平均值及标准方差附录C操作和指令的基本能耗参数参考文献