嵌入式系统中“软外设”的研究

过改变CPU主频（变化范围为30～100），计算执行的时间占有CPU时间的比率，分析UART软外设在不同波特率情况下对CPU的负担，计算过程如下：


　　假定CPU发送/接收一个字节的时间为t。UART软外设的CPU占有率为T，则

　　t=指令数×CPI＋中断响应周期×CPU主频－1。

　　T＝t×波特率。

　　结果如表1所示。

表1 UART的CPU占有率

上表中的统计数据是在假定UART工作在全双工方式（FD）下，没有检错功能得到的，而系统绝大多数时间是工作在半双工方式（HD）下的，HD方式下该UART的CPU占有时间率要减少25％。如果加上奇偶校验功能，该软外设的CPU占有时间率在FD方式会增加11.45%，HD方式下增加7.60%。

　　由表1可知，CPU频率越高，软外设对系统的负担越小，另外随着UART的波特率增加，系统负担加重。建议软外设的运行占CPU时间不能超过20％，实验证明，软外设的CPU占有率不超过20％的情况下对系统来说是可以承受的。

　　接下来我们分析该软外设的能耗问题。图三示出了CPU在接有URAT软外设或URAT硬件的情况下在不同情况下的CPU消耗电流曲线。

　　上图表明：

　　1．随着波特率增加，UART软外设的能耗增加。

　　2．随着CPU主频增加，UAR
T软外设的能耗增加。

　　3．波特率在小于70Kbit/s时UART软外设的能耗低于硬件外设，此时选用软外设可以降低能耗，即该软外设适合于数据量不是很大的场合（如语音通信）。

　　在要求系统传输速率极快的情况下（如视频流传输），选用硬件实现较为合适。

　　五 结束语

　　本文系统地介绍了软外设的设计思想，并以一个软外设为例，分析了它的一些性能指标。 软外设具有许多优点：如调试方便，系统可移植性强，能耗小，成本低。很适合在一些要求便携式、低能耗的场合应用。虽然也存在一些缺点，如速度慢，并行性差，但随着CPU相关技术的发展以及算法的完善，这些方面在一定程度上会得到改观。设计人员在设计时需要对硬件设计和软件设计进行折衷考虑。毕竟，软外设的出现给嵌入式系统设计提供了一种更为灵活的设计方案，给设计人员也提供了更多的选择余地，更广的设计空间。