第1章 绪论 1
1.1 绿色计算的背景 1
1.2 绿色计算的发展与现状 9
1.2.1 工业界的发展与现状 9
1.2.2 学术界的发展与现状 15
1.3 绿色计算的定义 20
1.4 绿色计算的研究内容 22
1.5 本书的主要工作 28
1.6 本书的组织结构 29
1.7 小结 30
参考文献 30
第2章 嵌入式系统的低功耗设计 34
2.1 引言 34
2.2 嵌入式系统的组成 37
2.3 嵌入式系统低功耗设计的软／硬件层次划分 38
2.4 嵌入式系统的系统层低功耗设计技术 42
2.5 嵌入式系统的硬件层低功耗设计技术 48
2.5.1 电路级功耗优化 48
2.5.2 逻辑级功耗优化 51
2.5.3 微结构级功耗优化 53
2.6 嵌入式系统硬件低功耗设计技术的应用 55
2.7 嵌入式系统的电池技术 58
2.8 功耗优化的相关工具 61
2.9 小结 62
参考文献 63
第3章 嵌入式软件的能耗优化与评价 66
3.1 引言 66
3.1.1 嵌入式软件能耗优化研究的背景 66
3.1.2 嵌入式软件能耗优化研究的现状 68
3.2 嵌入式软件能耗的测量方法 69
3.2.1 ARM指令集寻址特征分析 70
3.2.2 ARM指令周期数的计算 71
3.2.3 ARM指令能耗层次分类测量 72
3.2.4 仿真实验与分析 74
3.3 嵌入式软件能耗的测量工具 76
3.3.1 嵌入式软件能耗的统计模型 76
3.3.2 指令周期数的计算方法 78
3.3.3 软件能耗仿真器HMSim 80
3.3.4 仿真实验与分析 83
3.4 源程序结构级软件能耗建模与优化 85
3.4.1 源程序结构级软件能耗模型 85
3.4.2 源程序结构级软件能耗优化方法 93
3.4.3 仿真实验与分析 94
3.5 算法级软件能耗建模与优化 96
3.5.1 算法级软件能耗模型 96
3.5.2 算法特征量的度量 97
3.5.3 算法级软件能耗优化方法 99
3.5.4 基于BP神经网络的软件功耗函数拟合方法 100
3.5.5 仿真实验与分析 102
3.6 软件体系结构级软件能耗建模与优化 104
3.6.1 体系结构级软件能耗模型 104
3.6.2 软件体系结构特征量的度量 105
3.6.3 体系结构级软件能耗优化方法 109
3.6.4 BP神经网络非线性拟合方法 111
3.6.5 仿真实验与分析 112
3.7 软件能耗融合模型 115
3.7.1 融合模型的建立 115
3.7.2 CPI的度量 115
3.7.3 融合模型的线性拟合方法 116
3.7.4 仿真实验与分析 117
3.8 低功耗编译技术 119
3.8.1 运算型功耗优化技术 119
3.8.2 存储型功耗优化技术 125
3.9 软件能耗属性与其他质量属性的关系 128
3.10 软件能耗优化方法的评价 130
3.10.1 层次灰色评价模型 131
3.10.2 仿真实验与分析 134
3.11 小结 136
参考文献 137
第4章 高能效的可定制异构多核体系结构 140
4.1 引言 140
4.2 高能效的可定制异构多核体系结构的研究现状 140
4.2.1 多核计算加速比及其能耗 140
4.2.2 异构多核系统概述 142
4.3 面向能耗相关软／硬件划分的层次化控制数据流图建模 144
4.3.1 背景介绍 144
4.3.2 PO-HCDFG的形式化描述 145
4.3.3 PO-HCDFG的主要内容 146
4.3.4 仿真实验与分析 151
4.4 基于离散Hopfield神经网络的RTOS功耗优化 153
4.4.1 背景介绍 153
4.4.2 RTOS-Power划分问题的描述 155
4.4.3 一种离散Hopfield神经网络方法 157
4.4.4 仿真实验与分析 159
4.5 NoC协议能耗分析 163
4.5.1 背景介绍 163
4.5.2 NoC协议栈及协议能耗的描述 164
4.5.3 NoC物理层协议的能耗分析 166
4.5.4 基于位置概率分布的目录协议能耗模型 168
4.5.5 仿真实验与分析 170
4.5.6 NoC协议能耗的进一步讨论 174
4.6 智能移动终端的异构多核结构与软／硬件划分方法 174
4.6.1 C-Core技术 175
4.6.2 GreenDroid技术 181
4.7 小结 185
参考文献 185
第5章 低能耗的嵌入式操作系统 189
5.1 引言 189
5.2 实时任务调度 191
5.2.1 实时任务调度算法 193
5.2.2 低能耗调度算法的问题难度和硬件制约 196
5.2.3 最优低能耗调度定理及其证明 198
5.2.4 影响实时调度算法产生能耗的因素 200
5.2.5 基于DVS的低能耗任务调度算法 205
5.3 操作系统的功耗管理架构 209
5.3.1 功耗管理架构概述 209
5.3.2 常见的功耗管理架构 210
5.3.3 面向嵌入式系统的结构化统一功耗管理架构 214
5.4 嵌入式Linux的节能子系统CPUFreq 218
5.4.1 CPUFreq的由来 218
5.4.2 CPUFreq的设计和使用 219
5.4.3 ondemand governor的来源及实现 222
5.5 小结 224
参考文献 224
第6章 Internet的动态能耗优化 226
6.1 引言 226
6.2 Internet的能耗特性 227
6.2.1 功耗与负载 227
6.2.2 功耗与配置 228
6.2.3 功耗的评价指标 229
6.3 Internet的低能耗技术分类 230
6.4 节点的动态能耗优化 231
6.4.1 ALR技术 232
6.4.2 Sleeping技术 233
6.4.3 ALR技术与Sleeping技术的比较 234
6.5 节点间协同的动态能耗优化 235
6.5.1 单层网络能耗优化 236
6.5.2 多层网络能耗优化 238
6.5.3 节点间协同的动态能耗优化技术面临的挑战 239
6.6 面向IP over TDM over DWDM的多层网络能耗优化 240
6.6.1 网络模型及节能机制 240
6.6.2 多层网络能耗优化建模 243
6.6.3 仿真实验与分析 248
6.7 小结 253
参考文献 254
第7章 绿色软件工程 258
7.1 引言 258
7.2 绿色软件及绿色软件工程 259
7.2.1 绿色软件 259
7.2.2 绿色软件工程 261
7.3 绿色软件工程过程模型 261
7.3.1 Shenoy绿色软件工程过程模型 262
7.3.2 GREENSOFT参考模型 264
7.4 绿色软件的需求工程 266
7.5 绿色软件的系统设计 267
7.5.1 HS／HA并行软件架构 268
7.5.2 功率感知软件架构 268
7.6 绿色软件的设计、构造与编译技术 270
7.7 绿色软件的测试、评价与验证 274
7.7.1 绿色软件的测试 274
7.7.2 绿色软件的评价与验证 275
7.8 绿色软件的部署与开发运行保障工具 276
7.8.1 绿色软件的部署 276
7.8.2 绿色软件开发与运行保障的集成与验证平台 279
7.9 小结 279
参考文献 280
第8章 移动云计算的绿色设计 283
8.1 引言 283
8.2 智能移动终端的协同节能设计 285
8.2.1 智能手机硬件体系结构及节能设计 287
8.2.2 智能手机软件体系结构及节能设计 296
8.3 无线通信网络的绿色设计 298
8.3.1 基于proxy的移动设备节能技术 299
8.3.2 基于云计算的移动设备节能技术 299
8.4 “云端”的资源管理 300
8.4.1 数据存储体系结构 301
8.4.2 数据资源管理 303
8.5 “云端”与“终端”的虚拟化技术 317
8.5.1 “云端”的虚拟化技术 317
8.5.2 “终端”的虚拟化技术 322
8.6 “云端”的并行任务调度算法及编程模型 324
8.7 数据中心的制冷系统和电力系统 327
8.8 小结 330
参考文献 330
第9章 物联网的绿色设计 333
9.1 引言 333
9.2 无线传感器网络能量管理策略 335
9.2.1 无线传感器网络能量管理概述 335
9.2.2 无线传感器网络节点级能耗分析和管理 336
9.2.3 无线传感器网络网络级能耗管理 340
9.3 无线传感器网络节能动态任务分配 341
9.3.1 问题描述 341
9.3.2 节能动态任务分配算法 344
9.3.3 仿真实验与分析 346
9.4 基于预测的无线传感器网络动态功耗管理 347
9.4.1 动态功耗管理引言 347
9.4.2 传感器节点的状态模型 348
9.4.3 基于灰色模型的动态功耗管理算法设计 352
9.4.4 仿真实验与分析 354
9.5 无线传感器网络能量有效的簇头选择 357
9.5.1 簇头选择引言 357
9.5.2 基于模糊逻辑的簇头选择 360
9.5.3 仿真实验与分析 364
9.6 小结 366
参考文献 366