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在嵌入式系统中平衡功耗与性能

更新时间: 2024-06-20 09:52:50来源: 粤嵌教育浏览量:217

许多要求嵌入式系统的客户要求产品以最低的功耗提供高性能。设计人员应该采取什么步骤来实现嵌入式系统的良好电源管理,同时确保它们满足或超过客户的需求和期望?

 

创建设备架构

最佳实践是在构建设备架构时将硬件和软件分开。这种抽象促进了独立的测试和开发。创建设备架构也需要人们在接口定义上花费时间。它涉及软件模块如何与硬件组件通信。

 

设备架构还将包括硬件限制,如处理能力和内存。设计人员可以利用这部分流程来设定嵌入式系统的电源管理目标,并决定如何实现这些目标STEM设计过程的早期步骤是了解限制和资源。这些信息指导了未来的选择。

 

完整的设备架构还必须识别信息类型,并包括嵌入式系统的数据流图。数据源是输入点,而数据接收器与信息输出相关。标记这些区域将有助于的团队成员做出更好的处理和存储决策。

 

在制定设备架构时解决系统分解问题需要人们将事情分解成可管理的子系统,指定每个子系统的角色和适用的接口。人们还必须处理界面和组件设计,包括确定系统的协议和通信机制。

其中一个主要目的是说明子系统和组件如何交互。然后,设计人员可以确保在保持性能目标的同时实现相关功能。

一旦人们创建了全面的设备架构,他们就可以理解某些选择会如何影响特定的系统部件或操作。看到这种相互依存关系有助于设计人员做出最佳决策,在优化性能的同时节省功耗。

 

做出节能编程和操作系统决策

人们应该知道编程和功耗之间的关系,因为他们继续选择优先考虑嵌入式系统中的电源管理。创建一个框图来显示平均功耗和使用的最小能量是一个很好的起点。这些信息可以显示设计的哪些部分需要进一步改进,以及为系统选择的电池是否足以保持可靠的性能。

 

在保持性能的同时降低功耗的一些编程选择是保持电路板的工作电压尽可能低,以及选择符合节能目标的集成电路。

另一种可能性是设计系统,使电源控制机制在不用时关闭系统。与此相关的是,对液晶显示器、传感器和其他组件进行同样的处理将会抑制不必要的功耗。即使是看起来很小的变化,例如只有当有人与设备交互时,板载led才会亮起,随着时间的推移,也可以节省大量能源。

 

操作系统还可以在保持低功耗的同时保持良好的性能。一些操作系统通过策略编程执行主动电源管理。在其他情况下,操作系统可以动态地将CPU的时钟调整到较低的频率,从而降低功耗。类似地,操作系统可能具有自动激活或通过手动提示激活的低功耗模式。

 

选择基本功能

任何设计嵌入式系统的人都必须仔细选择合适的材料。例如,玻璃环氧树脂是一种用于电子元件产品的流行材料,因为其电绝缘性能使其性能良好。这种材料还可以承受高达284华氏度的高温,使其成为高要求应用的良好选择。

在决定哪些系统特性是必要的,哪些是最好的,哪些是不必要的时,人们必须有类似的战略眼光。每个产品的答案都不同。然而,一些必要的考虑将有助于塑造特性开发和实现。它们包括

客户的需求或要求

系统的典型操作条件

如果系统必须给出实时反馈

估计制造成本

内存和存储管理决策

无论系统是特定于领域还是特定于任务的

 

如果正在为特定客户设计系统,并遇到了阻碍,请详细讨论为什么某些功能会导致更多的能源使用,而不一定会带来更好的性能。

 

测试以验证预期的电源管理和性能

对性能和功耗需求的评估也延伸到了测试。创建功耗曲线来测量不同状态下的功耗,可以显示嵌入式系统是实现了最佳性能还是仍需改进。

 

一些专家注意到一种新趋势,即设计师在整个开发过程中创建功率配置文件,而不是忽略它们或将配置文件作为最后步骤之一。

 

所有的测试都应该尽可能模拟真实的生活条件。这是检验嵌入式系统中的电源管理能否为客户提供始终如一的出色性能、提供他们所要求和期望的可靠性的最佳方式。

计划的测试时间表,以包括嵌入式和软件测试。第二种类型只涉及软件,而前者包含了系统的所有方面。

对新兴技术保持开放

工程师和其他设计团队成员也必须对新兴技术持开放态度,比如机器学习。在一个案例中,研究人员开发了一种适用于嵌入式系统的算法,可以减少决策模糊性,并可以提高能效。机器学习方法能够微调系统的电压和频率,从而显著降低功耗。

 

一些设计师还发现数字孪生在他们的过程中很有用,尤其是在比大多数更复杂的嵌入式系统中改善电源管理时。在现实生活中实施这些选项之前,数字孪生环境允许研究不同的电源管理决策如何影响性能。

 

要明白一些更新的技术不会以预期的方式增强你的设计过程。然而,仍然可以通过使用它们来获得有价值的见解,找出哪些技术工作良好,哪些技术在对的团队有益之前需要进一步开发。

 

可以在嵌入式系统中实现更好的电源管理

这些建议为提供了关注嵌入式系统电源管理的实用方法,同时确保产品始终提供高性能。与设计团队中的其他人分享它们是让每个人朝着同一个目标一起工作的好方法。

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