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基于ZYNQ-7000的动态电源管理研究
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随着电子系统功能的增强以及电路集成度不断提高，电子系统的能量消耗也在迅速增加，而过高的功耗会影响到电子系统的使用寿命。因此为了提高电子系统可靠性，如何在保证系统性能的同时优化电子系统的功耗成为了设计者面临的关键问题。动态电源管理可以从不同层次对嵌入式系统的功耗进行优化，成为了嵌入式系统低功耗设计的热点。
本文主要从系统级和体系结构级对嵌入式系统进行动态电源管理的研究，根据嵌入式系统不同的运行状态，分别采用结合动态频率调节技术的节能任务调度算法和动态功耗管理策略对系统功耗进行优化。本文的硬件平台为基于ZYNQ的嵌入式测控系统，文中对该平台划分了不同的低功耗工作模式，并建立了功耗管理模型。
本文通过分析嵌入式系统执行任务过程中采用静态优先级调度算法和动态优先级算法的优缺点，在Linux系统中实现了算法复杂度低且性能较稳定的RM调度算法，并结合动态频率调节技术，对任务执行过程中的功耗进行优化。针对RM算法调度过程中具有相同优先级的任务可能无法及时公平地得到响应的弱点，本文设计了RM调度算法与时间片轮转调度算法相结合的改进算法，有效降低了任务的平均周转时间。当系统暂时没有任务处于就绪队列时，Linux系统会执行空闲进程，进入空闲模式。由于频繁地模式切换会产生额外的能量消耗，针对这一情况，本文通过对Linux内核中功耗管理模块的研究与修改，设计并实现了采用双超时阂值Timeout算法的动态功耗管理策略，两个超时阈值的设定是为了根据空闲时间的长度来控制系统的正常工作模式跟空闲模式和休眠模式之间切换的时机，在硬件平台测试中表明改进的动态功耗管理策略使得系统模式切换次数有所降低。在测试中表明本文设计的动态电源管理方案能够在保证系统性能的同时，有效降低系统的功耗。
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