第1章 绪论 1
1.1引言 1
1.2高能效软件技术的研究内容 1
1.2.1高能效软件技术的含义 1
1.2.2高能效软件技术的研究内容 2
1.3高能效软件技术的研究进展 3
1.4本书的研究内容及意义 6
第2章 高能效软件技术基础 8
2.1硬件基础 8
2.1.1低功耗电路设计技术 8
2.1.2器件级低功耗设计技术 8
2.1.3移动设备的能耗特征 9
2.1.4处理器的低功耗特性 10
2.2运行时高能效软件技术 12
2.2.1动态功耗管理 12
2.2.2动态电压／频率调节 14
2.3开发阶段的能耗优化与评估 15
2.3.1编译优化 16
2.3.2软件算法优化 16
2.3.3软件体系结构优化 17
2.3.4面向全系统的软件能耗估算 17
第3章 电源管理建模 18
3.1操作系统资源管理 18
3.1.1被管理对象与管理活动 18
3.1.2资源及其管理要素 19
3.2电源管理的目标与权衡 20
3.2.1电源管理目标的演化 20
3.2.2电源管理的权衡 21
3.3电源管理模型 22
3.3.1可管理部件及其功耗状态机 23
3.3.2工作负载及其资源需求 24
3.3.3工作负载执行状态及系统事件 25
3.3.4电源管理过程 27
3.3.5模型的特点 27
3.4可管理部件特性分析及决策原则 28
3.4.1功耗可管理部件的特性及决策原则 28
3.4.2电压可调节部件的特性及决策原则 30
3.5工作负载的资源需求预测 31
3.5.1工作负载的处理器需求 31
3.5.2观测数据的时间序列分析 32
3.5.3工作负载处理器需求的预测 36
3.6小结 39
第4章 基于交互场景的动态频率调节 40
4.1交互嵌入式操作系统的用户交互特征 41
4.1.1人机交互过程的时间特征 41
4.1.2用户响应时间特征 42
4.1.3系统响应过程 43
4.2交互系统中的动态频率调节 43
4.2.1场景及其处理器需求 45
4.2.2场景执行模式及场景识别 46
4.2.3处理器需求因子预测与处理器性能级别调节算法 48
4.2.4交互任务的调度优先级调节 49
4.3实验结果与分析 49
4.3.1能耗评估公式 50
4.3.2策略的效果分析 50
4.4小结 53
第5章 人机交互驱动的设备动态功耗管理 54
5.1交互应用的状态转换图 54
5.2设备空闲时间预测及DPM决策 55
5.3常规用户响应时间阈值的计算 57
5.4试验结果与分析 58
5.4.1实验环境与实现 58
5.4.2实验结果分析 59
5.4.3对性能影响的评估 61
5.5小结 61
第6章 自适应电源管理系统 63
6.1自适应电源管理监测 64
6.1.1监测器结构 64
6.1.2基于观察者模式的监测器 65
6.2实时电源管理决策 66
6.2.1决策操作的分类与部署 66
6.2.2 Linux中的DVS决策处理 68
6.2.3实时性分析 69
6.3硬件功耗状态控制 71
6.3.1电源管理控制器结构 71
6.3.2状态集合 72
6.3.3启动服务 75
6.3.4运行时服务 75
6.4小结 79
第7章 嵌入式系统能耗模拟 80
7.1全系统能耗模拟框架 80
7.1.1系统结构 80
7.1.2全系统模拟器 81
7.1.3体系结构级处理器模拟器 82
7.1.4软件能耗分析器 82
7.2基于宏模型的快速处理器能耗模拟 82
7.2.1指令在流水线上的执行过程 83
7.2.2指令级处理器能耗宏模型 84
7.2.3建模 84
7.2.4验证 86
7.3系统部件能耗模型 87
7.3.1体系结构级处理器能耗模型 87
7.3.2时钟精度的外围部件能耗模型 88
7.3.3系统部件能耗模型实例 89
7.4实验与验证 91
7.5小结 93
第8章 嵌入式系统软件能耗评估 94
8.1软件能耗估算与基本算法 94
8.2操作系统的能耗估算 94
8.2.1原子例程的能耗估算 95
8.2.2例程和服务的能耗估算 96
8.2.3执行路径的能耗估算 96
8.3应用程序能耗估算 97
8.3.1识别进程标识 97
8.3.2进程能耗映射 97
8.4嵌入式软件能耗分析与评估 98
8.4.1服务调用次数及能耗特征 99
8.4.2例程／服务的功能与能耗关系分析 99
8.4.3执行路径中的隐式服务能耗对能耗估算的影响 102
8.4.4内核系统调用的能耗分布 103
8.4.5用户态与内核态能耗分布 104
8.5软件能耗优化 105
8.5.1.能耗优化问题的讨论 105
8.5.2一个应用软件能耗优化实例 105
8.6小结 107
第9章 智能手机能耗建模与预测 108
9.1智能手机电池使用时间指示研究现状 108
9.2智能手机系统能耗建模 109
9.2.1手机电池放电特征 109
9.2.2系统情境 109
9.3电池使用时间预测 110
9.4基于电池放电率的预测 112
9.4.1电池放电率-系统情境属性建模 112
9.4.2电池使用时间预测 113
9.5基于电池使用时间比的预测 114
9.5.1参考曲线与电池使用时间曲线的转换 114
9.5.2电池使用时间比的线性回归 115
9.5.3电池使用时间预测 115
9.6实验结果与分析 116
9.6.1智能手机各部件的能耗分布 116
9.6.2模型的误差分析 117
9.6.3系统情境属性对预测误差的影响 118
9.6.4预测方法对比分析 119
9.7小结 120
第10章 低能耗编译优化 121
10.1引言 121
10.2 Profiling驱动的DFS编译优化 121
10.2.1编译优化方法的思路 121
10.2.2编译优化流程 122
10.2.3区域与处理器频率的选择算法 123
10.3在龙芯2F上的实现 124
10.3.1龙芯处理器特性 124
10.3.2性能评价指标 125
10.3.3能耗估算模型 125
10.4实验结果与分析 127
10.4.1测试程序在不同频率下的执行时间与时钟周期比 127
10.4.2性能与能耗结果分析 128
10.4.3调频开销及性能指标对算法的影响 129
10.4.4两种处理器上的Cache配置对DFS优化的影响 130
10.5小结 131
第11章 结论与展望 132
11.1结论 132
11.2展望 133
附录A测试程序及指令基本能耗 134
附录B四种Cache操作能耗、平均值及标准方差 136
附录C操作和指令的基本能耗参数 137
参考文献 139