《嵌入式系統高能效軟體技術及套用》是2012年10月清華大學出版社出版的圖書，作者是趙霞。
基本介紹
- 中文名：嵌入式系統高能效軟體技術及套用
- 定價：20元
- 作者：趙霞
- ISBN：9787302293965
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2012年10月
- 裝幀：平裝
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《嵌入式系統高能效軟體技術及套用(中文版計算機科學與技術學科研究生系列教材)》由趙霞所著，本書全面介紹嵌入式系統高能效軟體技術基本原理及相關技術，深入剖析嵌入式系統軟體的能耗特徵，介紹了軟體運行對系統能耗的影響，包括作業系統電源管理、嵌人式系統能耗模擬與評估、低功耗編譯最佳化以及智慧型手機能耗最佳化等內容，討論了降低系統能耗、減少能耗浪費、提高系統能效的問題。本書涉及計算機硬體、體系結構、編譯器、作業系統、應用程式等內容，對高能效軟體技術進行探索與研究，並給出了針對ARM嵌入式系統、龍芯處理器、HTC Android智慧型手機等實際系統的能耗問題的解決方案與結果。
《嵌入式系統高能效軟體技術及套用(中文版計算機科學與技術學科研究生系列教材)》可供計算機及其相關領域的科研人員及高等學校相關專業師生參考使用。
圖書目錄
第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 高能效軟體技術的研究內容1
1.2.1 高能效軟體技術的含義1
1.2.2 高能效軟體技術的研究內容2
1.3 高能效軟體技術的研究進展3
1.4 本書的研究內容及意義6
第2章 高能效軟體技術基礎8
2.1 硬體基礎8
2.1.1 低功耗電路設計技術8
2.1.2 器件級低功耗設計技術8
2.1.3 移動設備的能耗特徵9
2.1.4 處理器的低功耗特性10
2.2 運行時高能效軟體技術12
2.2.1 動態功耗管理12
2.2.2 動態電壓/頻率調節14
2.3 開發階段的能耗最佳化與評估15
2.3.1 編譯最佳化16
2.3.2 軟體算法最佳化16
2.3.3 軟體體系結構最佳化17
2.3.4 面向全系統的軟體能耗估算17
第3章 電源管理建模18
3.1 作業系統資源管理18
3.1.1 被管理對象與管理活動18
3.1.2 資源及其管理要素19
3.2 電源管理的目標與權衡20
3.2.1 電源管理目標的演化20
3.2.2 電源管理的權衡21
3.3 電源管理模型22
3.3.1 可管理部件及其功耗狀態機23
3.3.2 工作負載及其資源需求24
3.3.3 工作負載執行狀態及系統事件25
3.3.4 電源管理過程27
3.3.5 模型的特點27
目錄嵌入式系統高能效軟體技術及套用3.4 可管理部件特性分析及決策原則28
3.4.1 功耗可管理部件的特性及決策原則28
3.4.2 電壓可調節部件的特性及決策原則30
3.5 工作負載的資源需求預測31
3.5.1 工作負載的處理器需求31
3.5.2 觀測數據的時間序列分析32
3.5.3 工作負載處理器需求的預測36
3.6 小結39
第4章 基於互動場景的動態頻率調節40
4.1 互動嵌入式作業系統的用戶互動特徵41
4.1.1 人機互動過程的時間特徵41
4.1.2 用戶回響時間特徵42
4.1.3 系統回響過程43
4.2 互動系統中的動態頻率調節43
4.2.1 場景及其處理器需求45
4.2.2 場景執行模式及場景識別46
4.2.3 處理器需求因子預測與處理器性能級別調節算法48
4.2.4 互動任務的調度優先權調節49
4.3 實驗結果與分析49
4.3.1 能耗評估公式50
4.3.2 策略的效果分析50
4.4 小結53
第5章 人機互動驅動的設備動態功耗管理54
5.1 互動套用的狀態轉換圖54
5.2 設備空閒時間預測及DPM決策55
5.3 常規用戶回響時間閾值的計算57
5.4 試驗結果與分析58
5.4.1 實驗環境與實現58
5.4.2 實驗結果分析59
5.4.3 對性能影響的評估61
5.5 小結61
第6章 自適應電源管理系統63
6.1 自適應電源管理監測64
6.1.1 監測器結構64
6.1.2 基於觀察者模式的監測器65
6.2 實時電源管理決策66
6.2.1 決策操作的分類與部署66
6.2.2 Linux中的DVS決策處理68
6.2.3 實時性分析69
6.3 硬體功耗狀態控制71
6.3.1 電源管理控制器結構71
6.3.2 狀態集合72
6.3.3 啟動服務75
6.3.4 運行時服務75
6.4 小結79
第7章 嵌入式系統能耗模擬80
7.1 全系統能耗模擬框架80
7.1.1 系統結構80
7.1.2 全系統模擬器81
7.1.3 體系結構級處理器模擬器82
7.1.4 軟體能耗分析器82
7.2 基於宏模型的快速處理器能耗模擬82
7.2.1 指令在流水線上的執行過程83
7.2.2 指令級處理器能耗宏模型84
7.2.3 建模84
7.2.4 驗證86
7.3 系統部件能耗模型87
7.3.1 體系結構級處理器能耗模型87
7.3.2 時鐘精度的外圍部件能耗模型88
7.3.3 系統部件能耗模型實例89
7.4 實驗與驗證91
7.5 小結93
第8章 嵌入式系統軟體能耗評估94
8.1 軟體能耗估算與基本算法94
8.2 作業系統的能耗估算94
8.2.1 原子例程的能耗估算95
8.2.2 例程和服務的能耗估算96
8.2.3 執行路徑的能耗估算96
8.3 應用程式能耗估算97
8.3.1 識別進程標識97
8.3.2 進程能耗映射97
8.4 嵌入式軟體能耗分析與評估98
8.4.1 服務調用次數及能耗特徵99
8.4.2 例程/服務的功能與能耗關係分析99
8.4.3 執行路徑中的隱式服務能耗對能耗估算的影響102
8.4.4 核心系統調用的能耗分布103
8.4.5 用戶態與核心態能耗分布104
8.5 軟體能耗最佳化105
8.5.1 能耗最佳化問題的討論105
8.5.2 一個套用軟體能耗最佳化實例105
8.6 小結107
第9章 智慧型手機能耗建模與預測108
9.1 智慧型手機電池使用時間指示研究現狀108
9.2 智慧型手機系統能耗建模109
9.2.1 手機電池放電特徵109
9.2.2 系統情境109
9.3 電池使用時間預測110
9.4 基於電池放電率的預測112
9.4.1 電池放電率-系統情境屬性建模112
9.4.2 電池使用時間預測113
9.5 基於電池使用時間比的預測114
9.5.1 參考曲線與電池使用時間曲線的轉換114
9.5.2 電池使用時間比的線性回歸115
9.5.3 電池使用時間預測115
9.6 實驗結果與分析116
9.6.1 智慧型手機各部件的能耗分布116
9.6.2 模型的誤差分析117
9.6.3 系統情境屬性對預測誤差的影響118
9.6.4 預測方法對比分析119
9.7 小結120
第10章 低能耗編譯最佳化121
10.1 引言121
10.2 Profiling驅動的DFS編譯最佳化121
10.2.1 編譯最佳化方法的思路121
10.2.2 編譯最佳化流程122
10.2.3 區域與處理器頻率的選擇算法123
10.3 在龍芯2F上的實現124
10.3.1 龍芯處理器特性124
10.3.2 性能評價指標125
10.3.3 能耗估算模型125
10.4 實驗結果與分析127
10.4.1 測試程式在不同頻率下的執行時間與時鐘周期比127
10.4.2 性能與能耗結果分析128
10.4.3 調頻開銷及性能指標對算法的影響129
10.4.4 兩種處理器上的Cache配置對DFS 最佳化的影響130
10.5 小結131
第11章 結論與展望132
11.1 結論132
11.2 展望133附錄A 測試程式及指令基本能耗134附錄B 四種Cache操作能耗、平均值及標準方差136附錄C 操作和指令的基本能耗參數137參考文獻139
1.1 引言1
1.2 高能效軟體技術的研究內容1
1.2.1 高能效軟體技術的含義1
1.2.2 高能效軟體技術的研究內容2
1.3 高能效軟體技術的研究進展3
1.4 本書的研究內容及意義6
第2章 高能效軟體技術基礎8
2.1 硬體基礎8
2.1.1 低功耗電路設計技術8
2.1.2 器件級低功耗設計技術8
2.1.3 移動設備的能耗特徵9
2.1.4 處理器的低功耗特性10
2.2 運行時高能效軟體技術12
2.2.1 動態功耗管理12
2.2.2 動態電壓/頻率調節14
2.3 開發階段的能耗最佳化與評估15
2.3.1 編譯最佳化16
2.3.2 軟體算法最佳化16
2.3.3 軟體體系結構最佳化17
2.3.4 面向全系統的軟體能耗估算17
第3章 電源管理建模18
3.1 作業系統資源管理18
3.1.1 被管理對象與管理活動18
3.1.2 資源及其管理要素19
3.2 電源管理的目標與權衡20
3.2.1 電源管理目標的演化20
3.2.2 電源管理的權衡21
3.3 電源管理模型22
3.3.1 可管理部件及其功耗狀態機23
3.3.2 工作負載及其資源需求24
3.3.3 工作負載執行狀態及系統事件25
3.3.4 電源管理過程27
3.3.5 模型的特點27
目錄嵌入式系統高能效軟體技術及套用3.4 可管理部件特性分析及決策原則28
3.4.1 功耗可管理部件的特性及決策原則28
3.4.2 電壓可調節部件的特性及決策原則30
3.5 工作負載的資源需求預測31
3.5.1 工作負載的處理器需求31
3.5.2 觀測數據的時間序列分析32
3.5.3 工作負載處理器需求的預測36
3.6 小結39
第4章 基於互動場景的動態頻率調節40
4.1 互動嵌入式作業系統的用戶互動特徵41
4.1.1 人機互動過程的時間特徵41
4.1.2 用戶回響時間特徵42
4.1.3 系統回響過程43
4.2 互動系統中的動態頻率調節43
4.2.1 場景及其處理器需求45
4.2.2 場景執行模式及場景識別46
4.2.3 處理器需求因子預測與處理器性能級別調節算法48
4.2.4 互動任務的調度優先權調節49
4.3 實驗結果與分析49
4.3.1 能耗評估公式50
4.3.2 策略的效果分析50
4.4 小結53
第5章 人機互動驅動的設備動態功耗管理54
5.1 互動套用的狀態轉換圖54
5.2 設備空閒時間預測及DPM決策55
5.3 常規用戶回響時間閾值的計算57
5.4 試驗結果與分析58
5.4.1 實驗環境與實現58
5.4.2 實驗結果分析59
5.4.3 對性能影響的評估61
5.5 小結61
第6章 自適應電源管理系統63
6.1 自適應電源管理監測64
6.1.1 監測器結構64
6.1.2 基於觀察者模式的監測器65
6.2 實時電源管理決策66
6.2.1 決策操作的分類與部署66
6.2.2 Linux中的DVS決策處理68
6.2.3 實時性分析69
6.3 硬體功耗狀態控制71
6.3.1 電源管理控制器結構71
6.3.2 狀態集合72
6.3.3 啟動服務75
6.3.4 運行時服務75
6.4 小結79
第7章 嵌入式系統能耗模擬80
7.1 全系統能耗模擬框架80
7.1.1 系統結構80
7.1.2 全系統模擬器81
7.1.3 體系結構級處理器模擬器82
7.1.4 軟體能耗分析器82
7.2 基於宏模型的快速處理器能耗模擬82
7.2.1 指令在流水線上的執行過程83
7.2.2 指令級處理器能耗宏模型84
7.2.3 建模84
7.2.4 驗證86
7.3 系統部件能耗模型87
7.3.1 體系結構級處理器能耗模型87
7.3.2 時鐘精度的外圍部件能耗模型88
7.3.3 系統部件能耗模型實例89
7.4 實驗與驗證91
7.5 小結93
第8章 嵌入式系統軟體能耗評估94
8.1 軟體能耗估算與基本算法94
8.2 作業系統的能耗估算94
8.2.1 原子例程的能耗估算95
8.2.2 例程和服務的能耗估算96
8.2.3 執行路徑的能耗估算96
8.3 應用程式能耗估算97
8.3.1 識別進程標識97
8.3.2 進程能耗映射97
8.4 嵌入式軟體能耗分析與評估98
8.4.1 服務調用次數及能耗特徵99
8.4.2 例程/服務的功能與能耗關係分析99
8.4.3 執行路徑中的隱式服務能耗對能耗估算的影響102
8.4.4 核心系統調用的能耗分布103
8.4.5 用戶態與核心態能耗分布104
8.5 軟體能耗最佳化105
8.5.1 能耗最佳化問題的討論105
8.5.2 一個套用軟體能耗最佳化實例105
8.6 小結107
第9章 智慧型手機能耗建模與預測108
9.1 智慧型手機電池使用時間指示研究現狀108
9.2 智慧型手機系統能耗建模109
9.2.1 手機電池放電特徵109
9.2.2 系統情境109
9.3 電池使用時間預測110
9.4 基於電池放電率的預測112
9.4.1 電池放電率-系統情境屬性建模112
9.4.2 電池使用時間預測113
9.5 基於電池使用時間比的預測114
9.5.1 參考曲線與電池使用時間曲線的轉換114
9.5.2 電池使用時間比的線性回歸115
9.5.3 電池使用時間預測115
9.6 實驗結果與分析116
9.6.1 智慧型手機各部件的能耗分布116
9.6.2 模型的誤差分析117
9.6.3 系統情境屬性對預測誤差的影響118
9.6.4 預測方法對比分析119
9.7 小結120
第10章 低能耗編譯最佳化121
10.1 引言121
10.2 Profiling驅動的DFS編譯最佳化121
10.2.1 編譯最佳化方法的思路121
10.2.2 編譯最佳化流程122
10.2.3 區域與處理器頻率的選擇算法123
10.3 在龍芯2F上的實現124
10.3.1 龍芯處理器特性124
10.3.2 性能評價指標125
10.3.3 能耗估算模型125
10.4 實驗結果與分析127
10.4.1 測試程式在不同頻率下的執行時間與時鐘周期比127
10.4.2 性能與能耗結果分析128
10.4.3 調頻開銷及性能指標對算法的影響129
10.4.4 兩種處理器上的Cache配置對DFS 最佳化的影響130
10.5 小結131
第11章 結論與展望132
11.1 結論132
11.2 展望133附錄A 測試程式及指令基本能耗134附錄B 四種Cache操作能耗、平均值及標準方差136附錄C 操作和指令的基本能耗參數137參考文獻139
