一种基于ARM指令集的嵌入式软件能耗统计方法

摘要

本发明公布了一种基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型。提供了一种新的模型和技术用于测量软件功耗，为相应的功耗优化研究和开发工作提供数据基础。本发明提出的嵌入式软件能耗统计模型包括处理器、存储器和I/O控制器等硬件单元的能耗，并根据ARM指令集指令周期的规律设计了相应指令周期数的计算方案。将本发明应用到高精度指令级嵌入式软件能耗模拟器HMSim中后，实验结果表明，该模型的能耗计算结果与实际仪器测量结果的误差在10％以内，可准确地反映软件实现方式对系统能耗的影响程度。

主权项

一种基于ARM指令集的嵌入式软件能耗统计方法，其特征在于建立该方法的步骤如下：1)根据嵌入式系统的硬件组成，嵌入式软件能耗分为处理器(MPU)能耗、存储器能耗、I/O控制器能耗和其它硬件单元产生的能耗，其中I/O控制器包括数据总线、UART控制器、LCD控制器、网卡控制器，即：Esoftware＝Empu+Emem+Eio+Eother其中，Esoftware表示嵌入式软件能耗，Empu表示处理器能耗，Emem表示存储器能耗，Eio表示I/O控制器能耗，Eother表示嵌入式系统主板上其它硬件单元的能耗，此部分能耗在软件执行时能耗值一般较小，可忽略不计；2)在步骤1)公式中的Empu按照如下公式进行计算： E mpu = E instr + E inter = Σ i = 1 i = n I i × N i × V mpu f mpu + Σ i = 2 i = n Δ I i , i - 1 × N i × V mpu f mpu 其中，Einstr为指令能耗(Instruction Energy Consumption)，表示软件执行时单条二进制指令在MPU上产生的能耗，Einter为指令对能耗，即指令间能耗(Inter‑Instruction Energy Consumption)，表示软件执行时相邻指令间相互影响在MPU上产生的额外能耗，Ii表示指令i执行时MPU平均电流，Ni为执行指令i所需的时钟周期数，Vmpu为MPU的工作电压，fmpu为MPU的时钟频率，n为软件的指令总条数，ΔIi，i‑1表示指令i和前一条指令i‑1形成的平均指令对电流；3)在步骤2)公式中ΔIi，i‑1按照如下公式进行计算：ΔIi，i‑1＝Imean‑Iever＝Imeas‑(Ii×Ni+Ii‑1×Ni‑1)/(Ni+Ni‑1)其中，Imeas表示循环执行一对指令时测得的MPU平均电流值，Iever表示一对指令的电流分权平均值，Ii和Ii‑1分别是指令i和i‑1的电流值，Ni和Ni‑1分别是指令i和i‑1在考虑流水线情况下运行所需的MPU时钟周期数；4)在步骤1)公式中的Emem按照如下公式进行计算： E mem = I mem × V mem × N mem f mem 其中，Imem表示存储器在有数据访问时的平均电流值，Vmem表示存储器的工作电压，fmem表示存储器的时钟频率，Nmem表示MPU访问存储器总的时钟周期数；5)在步骤1)公式中的Eio按照如下公式进行计算：Eio＝Ebus+Euart+Elcd+Enet其中，Ebus表示总线能耗，Euart表示UART控制器能耗，Elcd表示LCD控制器能耗，Enet表示网卡控制器能耗。