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基于復雜度的嵌入式軟件功耗模型
摘要：系統(tǒng)功耗是嵌入式系統(tǒng)的一個重要方向，功耗很大程度上取決于執(zhí)行的軟件。傳統(tǒng)的底層指令級模型功耗分析方法雖然能比較準確地估算出嵌入式系統(tǒng)的功耗，但是這種方法所需要的時間過長。本文介紹一種高層嵌入式軟件功耗分析估測方法，以對象函數(shù)所使用的算法的復雜度來對該函數(shù)構(gòu)建功耗模型，從而根據(jù)此功耗模型能快速估算出該函數(shù)在各種輸入情形下的功耗情況。關(guān)鍵詞：算法復雜度 嵌入式系統(tǒng) 軟件功耗模型
1 嵌入式軟件功耗
嵌入式系統(tǒng)的功耗主要來自微處理器的功耗與外圍部件的功耗。雖然能量的水泵最終發(fā)生在底層硬件，但是微處理器的功耗很大程度上取決于其所執(zhí)行的軟件。因此，對嵌入式系統(tǒng)的功耗分析越來越多地轉(zhuǎn)移到軟件的角度上來，將能量的消耗過程視作軟件執(zhí)行過程。
目前的嵌入式軟件功耗分析大多數(shù)都是基于指令級功耗模型的分析方法。在這種模型中，嵌入式軟件程序的功耗由單條指令的基本功耗開銷、連續(xù)執(zhí)行不同類型的指令造成的功耗開銷以及額外的功耗開銷（如流水線斷流、Cache不命中）等構(gòu)成。雖然這種底層的嵌入式軟件功耗的分析方法的準確性較高，但是其分析過程需要在特定微處理器平臺上將程序翻譯成匯編指令，然后通過逐條指令功耗分析和綜合因素考慮，最后才能估算出該程序在某種微處理器上執(zhí)行的系統(tǒng)功能，需要相當長的分析時間。
2 基于復雜度的嵌入式軟件功耗模型
針對指令級功耗模型的瓶頸，本文介紹一種基于復雜度的嵌入式軟件功耗模型，利用現(xiàn)有條件能快速估算出某函數(shù)的功耗情況。
在嵌入式軟件應用中大量使用的多媒體計算和其它數(shù)據(jù)密集型計算中，經(jīng)常用到諸如查找、排序、矩陣運算等算法。由于這些算法的平均復雜度都是已知的，因此復雜度成為這些嵌入式軟件程序的一個重要特征，同樣也能夠成為分析和估測嵌入式軟件功耗的一種重要依據(jù)�；趶碗s度的嵌入式軟件功耗模型以具體函數(shù)所使用的算法的復雜度為建模的參數(shù)，選取該函數(shù)的典型輸入，并利用現(xiàn)有指令級模型分析方法獲得該函數(shù)在這些典型輸入情況下的功耗，利用回歸算法出該函數(shù)軟件功耗模型的系數(shù)，從而獲得完事的該函數(shù)軟件功耗模型，并可以用于快速估算該函數(shù)在任何輸入情況下的軟件功耗。
在某函數(shù)的算法復雜度是已知的或較容易獲得的情況下，假設該函數(shù)的執(zhí)行所需功耗與其復雜度有關(guān)，則可以使用一個線性公式來描述該函數(shù)的軟件功耗：
其中Pj為模型的參數(shù)與函數(shù)的算法復雜度與函數(shù)的輸入相關(guān)；cj為相應的系數(shù)；p是參數(shù)個數(shù)。
構(gòu)建模型的第一步是決定描述功耗模型的參數(shù)Pj。參數(shù)的選擇與具體的函數(shù)所使用的算法密度相關(guān)。幾種比較常見的算法的功耗模型可以表1中的線性公式來描述。
表1 基于復雜度的軟件功耗模型
[1] [2] [3] [4] [5] [6]
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