嵌入式系统电源管理软件比较

位设备快许多倍，所以活动模式中所用的时间更短，平均功率相应降低。其功耗如表2所示。 表2 Cortex-M3能量消耗

能量消耗		1MHZ	16MHZ	32MHZ
Active	mW	0.29mW	4.5mW	9mW
Sleep	mW	0.01mW	0.16mW	0.3mW
Standby	µW	1µW	1µW	1µW

高端ARM处理器还支持功能更强大的电源管理功能，通过电压调节与频率调节相结合，极大地降低功耗，提高能量效率。动态电压调节(DVS)是通过对系统的负载预测，在一个开环电压控制系统中用多组能耗级别的频率、电压对来实现。自适应电压调节(AVS)用一个闭环电压控制系统来实现，它无需配对的频率、电压，能提供更优的节能效果。

例如以TI的 OMAP1610(ARM926E核)处理器为例，内部可以调节参数包括：CPU电压，DPLL频率控制，CPU频率控制，交通控制器(TC)，外部设备控制器，DSP运行频率，DSP MMU频率，LCD刷新频率。通过定义操作点(Operation Points，OP)数据结构来抽象表示频率、电压等能耗级别，如表3所示。表3 OMAP1610操作点参数

参数操作点	CPU电压 （mV）	DPLL频率 乘法器	DPLL频率 分频器	CPU频率 控制	TC 控制器
192MHz~1.5V	1500	16	1	1	2
168MHz~1.5V	1500	14	1	1	2
84MHz~1.5V	1500	14	1	2	2
84MHz~1.5V	1100	14	1	2	2
60MHz~1.5V	1500	5	1	1	1
60MHz~1.5V	1100	5	1	1	1

其中，192MHz-1.5V操作点参数1500表示OMAP3.2核心电压1500mV；16表示DPLL频率控制12MHz晶振输入倍频16倍；1表示分频为1；1表示OMAP3.2核心分频为1(所以它运行在192MHz)；2表示TC(交通控制器)分频为2(所以它运行在96MHz)；如果使用TI的DSP代码，则后四个参数为不可控，均使用默认值。

更先进电源管理功能的嵌入式微处理器还有90nm工艺的Marvel PAX300系列，提供更细颗粒的电源管理技术(称为MSPM)，API和驱动程序；飞思卡尔iMX31支持DVFS(动态的电压和频率调节)和DPTC(动态的处理器温度补偿)等技术，它配合飞思卡尔MC13783和MC34704 IC管理器件，Linux驱动和策略管理代码，用户可以方便地构建一个具备优秀电源管理能力的嵌入式系统。

ARM 与国家半导体(NS)开发出了先进的能量管理解决方案，智能能量管理器(IEM)预测软件决定了处理器可以运行的最低性能级别，同时，通过智能能量控制器(IEC)的帮助、通过自适应功率控制器(APC)与外部能量管理单元(EMU)一起工作，使处理器运行在能保证应用软件正确运行的最低电压和频率下。

典型嵌入式系统能耗组成

典型嵌入式系统，例如移动终端，其能耗主要部件包括嵌入式微处理器(CPU)、内存、LCD及背光，电源转换部件，其他部件还可能包括基带处理器、DSP、外设控制器等。据统计，CPU占20%~25%，LCD以及背光占用了20％，内存占15％，电源转换占5%~10％，其他的组成占用剩余的30%~40%。典型嵌入式系统的能耗组成如图2所示。

在这些元件中，有些元件性能指标和能耗固定；有些元件可在不同时间工作，并有多种可控的耗能状态。后者的有效使用成为系统节能的关键所在。

三种典型嵌入式操作系统电源管理实现

伴随着消费电子产品的普及，电源管理已经成为重要技术指标和产品的有机组成。传感器网络的普及迫切需要一种小型化、有极高能耗管理能力的网络化小型操作系统。源于斯坦福大学的TinyOS是其中典型代表。Windows CE在嵌入式移动终端设备中得到广泛应用，其能耗管理实现与Windows CE内核架构紧密相关。Linux以其开放性和可定制等特点在嵌入式领域得到极大的发展。本文选择上述三种典型嵌入式操作系统，对其电源管理实现进行讨论与分析。

TinyOS

在无线传感器网络中，每个传感器节点都是典型的嵌入式系统，主要功耗器件有处理器、内存、带A/D的传感器和无线收发单元等。传感器由于存储容量小、运算能力弱、功耗低、易失效等特点，对嵌入式开发提出了更高要求。无线传感器网络的特点决定了降低系统功耗是系统设计的核心，决定了电源管理是传感网专用操作系统重要组成。对电源管理的支持优劣，决定了整个传感器网络系统生存周期长短。TinyOS操作系统是一个传感网专用操作系统的典型代表。它具有基于组件的特性，采用相互关联的模块进行能量管理。

·TinyOS的每个设备都可以通过StdControl.stop命令被停止。
·负责管理外围硬件设备的组件将切换该设备到低功耗状态。
·TinyOS的HPLPowerManagement构件通过检查处理器的I/O引脚和控制寄存器状态，识别当前硬件的状态，将处理器转人相应的低功耗模式。
·调度器会在就绪任务队列为空时，自动将处理器置于低功耗模式。但是保留外围设备的运行，以至于他们中的任何一个可以唤醒系统。
·系统的定时器服务可以工作在大多数处理器的极低功耗的省电模式下。

Windows CE

Windows CE从4.0版本引入电源管理器(Power Manager)来提供管理电源框架。 电源管理器负责管理设备电源，提高操作系统整体能耗效率，并且与不支持电源管理功能的设备和应用兼容，在内核OAL层、设备驱动程序和应用程序之间充当中间人角色。电源管理器还严格区分系统的电源状态与设备的电源状态，让一些智能设备可管理自己的电源状态。

·电源管理器结构

Windows CE电源管理器PM.DLL直接与设备管理器Device.exe链接，并支持三个接口：
·驱动程序接口：被需要进行电源管理的设备的驱动程序使用。
·应用程序接口：被需要利用电源管理的应用程序使用。
·提醒接口(Notification)：被需要接受电源事件提醒的应用程序使用。
电源管理器直接或间接地与应用程序和驱动程序交互。电源管理器与驱动程序主要通过驱动程序接口进行交互，与应用程序通过API和提醒接口进行交互，如图3所示。