嵌入式系統(tǒng)高能效軟件技術(shù)及應(yīng)用

內(nèi)容概要

《嵌入式系統(tǒng)高能效軟件技術(shù)及應(yīng)用(中文版計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生系列教材)》由趙霞所著，本書全面介紹嵌入式系統(tǒng)高能效軟件技術(shù)基本原理及相關(guān)技術(shù)，深入剖析嵌入式系統(tǒng)軟件的能耗特征，介紹了軟件運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)能耗的影響，包括操作系統(tǒng)電源管理、嵌人式系統(tǒng)能耗模擬與評(píng)估、低功耗編譯優(yōu)化以及智能手機(jī)能耗優(yōu)化等內(nèi)容，討論了降低系統(tǒng)能耗、減少能耗浪費(fèi)、提高系統(tǒng)能效的問題。本書涉及計(jì)算機(jī)硬件、體系結(jié)構(gòu)、編譯器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等內(nèi)容，對(duì)高能效軟件技術(shù)進(jìn)行探索與研究，并給出了針對(duì)ARM嵌入式系統(tǒng)、龍芯處理器、HTC
Android智能手機(jī)等實(shí)際系統(tǒng)的能耗問題的解決方案與結(jié)果。
《嵌入式系統(tǒng)高能效軟件技術(shù)及應(yīng)用(中文版計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生系列教材)》可供計(jì)算機(jī)及其相關(guān)領(lǐng)域的科研人員及高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生參考使用。

書籍目錄

第1章  緒論
  1．1 引言
  1．2 高能效軟件技術(shù)的研究內(nèi)容
    1．2．1 高能效軟件技術(shù)的含義
    1．2．2 高能效軟件技術(shù)的研究內(nèi)容
  1．3 高能效軟件技術(shù)的研究進(jìn)展
  1．4 本書的研究內(nèi)容及意義
第2章  高能效軟件技術(shù)基礎(chǔ)
  2．1 硬件基礎(chǔ)
    2．1．1 低功耗電路設(shè)計(jì)技術(shù)
    2．1．2 器件級(jí)低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)
    2．1．3 移動(dòng)設(shè)備的能耗特征
    2．1．4 處理器的低功耗特性
  2．2 運(yùn)行時(shí)高能效軟件技術(shù)
    2．2．1 動(dòng)態(tài)功耗管理
    2．2．2 動(dòng)態(tài)電壓／頻率調(diào)節(jié)
  2．3 開發(fā)階段的能耗優(yōu)化與評(píng)估
    2．3．1 編譯優(yōu)化
    2．3．2 軟件算法優(yōu)化
    2．3．3 軟件體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    2．3．4 面向全系統(tǒng)的軟件能耗估算
第3章  電源管理建模
  3．1 操作系統(tǒng)資源管理
    3．1．1 被管理對(duì)象與管理活動(dòng)
    3．1．2 資源及其管理要素
  3．2 電源管理的目標(biāo)與權(quán)衡
    3．2．1 電源管理目標(biāo)的演化
    3．2．2 電源管理的權(quán)衡
  3．3 電源管理模型
    3．3．1 可管理部件及其功耗狀態(tài)機(jī)
    3．3．2 工作負(fù)載及其資源需求
    3．3．3 工作負(fù)載執(zhí)行狀態(tài)及系統(tǒng)事件
    3．3．4 電源管理過程
    3．3．5 模型的特點(diǎn)
  3．4 可管理部件特性分析及決策原則
    3．4．1 功耗可管理部件的特性及決策原則
    3．4．2 電壓可調(diào)節(jié)部件的特性及決策原則
  3．5 工作負(fù)載的資源需求預(yù)測
    3．5．1 工作負(fù)載的處理器需求
    3．5．2 觀測數(shù)據(jù)的時(shí)間序列分析
    3．5．3 工作負(fù)載處理器需求的預(yù)測
  3．6 小結(jié)
第4章  基于交互場景的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)
  4．1 交互嵌入式操作系統(tǒng)的用戶交互特征
    4．1．1 人機(jī)交互過程的時(shí)間特征
    4．1．2 用戶響應(yīng)時(shí)間特征
    4．1．3 系統(tǒng)響應(yīng)過程
  4．2 交互系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)
    4．2．1 場景及其處理器需求
    4．2．2 場景執(zhí)行模式及場景識(shí)別
    4．2．3 處理器需求因子預(yù)測與處理器性能級(jí)別調(diào)節(jié)算法
    4．2．4 交互任務(wù)的調(diào)度優(yōu)先級(jí)調(diào)節(jié)
  4．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    4．3．1 能耗評(píng)估公式
    4．3．2 策略的效果分析
    4．4 小結(jié)
第5章  人機(jī)交互驅(qū)動(dòng)的設(shè)備動(dòng)態(tài)功耗管理
  5．1 交互應(yīng)用的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
  5．2 設(shè)備空閑時(shí)間預(yù)測及DPM決策
  5．3 常規(guī)用戶響應(yīng)時(shí)間閾值的計(jì)算
  5．4 試驗(yàn)結(jié)果與分析
    5．4．1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)現(xiàn)
    5．4．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5．4．3 對(duì)性能影響的評(píng)估
  5．5 小結(jié)
第6章  自適應(yīng)電源管理系統(tǒng)
  6．1 自適應(yīng)電源管理監(jiān)測
    6．1．1 監(jiān)測器結(jié)構(gòu)
    6．1．2 基于觀察者模式的監(jiān)測器
  6．2 實(shí)時(shí)電源管理決策
    6．2．1 決策操作的分類與部署
    6．2．2 Linux 中的DVS決策處理
    6．2．3 實(shí)時(shí)性分析
  6．3 硬件功耗狀態(tài)控制
    6．3．1 電源管理控制器結(jié)構(gòu)
    6．3．2 狀態(tài)集合
    6．3．3 啟動(dòng)服務(wù)
    6．3．4 運(yùn)行時(shí)服務(wù)
  6．4 小結(jié)
第7章  嵌入式系統(tǒng)能耗模擬
  7．1 全系統(tǒng)能耗模擬框架
    7．1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    7．1．2 全系統(tǒng)模擬器
    7．1．3 體系結(jié)構(gòu)級(jí)處理器模擬器
    7．1．4 軟件能耗分析器
  7．2 基于宏模型的快速處理器能耗模擬
    7．2．1 指令在流水線上的執(zhí)行過程
    7．2．2 指令級(jí)處理器能耗宏模型
    7．2．3 建模
    7．2．4 驗(yàn)證
  7．3 系統(tǒng)部件能耗模型
    7．3．1 體系結(jié)構(gòu)級(jí)處理器能耗模型
    7．3．2 時(shí)鐘精度的外圍部件能耗模型
    7．3．3 系統(tǒng)部件能耗模型實(shí)例
  7．4 實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證
  7．5 小結(jié)
第8章  嵌入式系統(tǒng)軟件能耗評(píng)估
  8．1 軟件能耗估算與基本算法
  8．2 操作系統(tǒng)的能耗估算
    8．2．1 原子例程的能耗估算
    8．2．2 例程和服務(wù)的能耗估算
    8．2．3 執(zhí)行路徑的能耗估算
  8．3 應(yīng)用程序能耗估算
    8．3．1 識(shí)別進(jìn)程標(biāo)識(shí)
    8．3．2 進(jìn)程能耗映射
  8．4 嵌入式軟件能耗分析與評(píng)估
    8．4．1 服務(wù)調(diào)用次數(shù)及能耗特征
    8．4．2 例程／服務(wù)的功能與能耗關(guān)系分析
    8．4．3 執(zhí)行路徑中的隱式服務(wù)能耗對(duì)能耗估算的影響
    8．4．4 內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用的能耗分布
    8．4．5 用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)能耗分布
  8．5 軟件能耗優(yōu)化
    8．5．1 能耗優(yōu)化問題的討論
    8．5．2 一個(gè)應(yīng)用軟件能耗優(yōu)化實(shí)例
  8．6 小結(jié)
第9章  智能手機(jī)能耗建模與預(yù)測
  9．1 智能手機(jī)電池使用時(shí)間指示研究現(xiàn)狀
  9．2 智能手機(jī)系統(tǒng)能耗建模
    9．2．1 手機(jī)電池放電特征
    9．2．2 系統(tǒng)情境
  9．3 電池使用時(shí)間預(yù)測
  9．4 基于電池放電率的預(yù)測
    9．4．1 電池放電率～系統(tǒng)情境屬性建模
    9．4．2 電池使用時(shí)間預(yù)測
  9．5 基于電池使用時(shí)間比的預(yù)測
    9．5．1 參考曲線與電池使用時(shí)間曲線的轉(zhuǎn)換
    9．5．2 電池使用時(shí)間比的線性回歸
    9．5．3 電池使用時(shí)間預(yù)測
  9．6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    9．6．1 智能手機(jī)各部件的能耗分布
    9．6．2 模型的誤差分析
    9．6．3 系統(tǒng)情境屬性對(duì)預(yù)測誤差的影響
    9．6．4 預(yù)測方法對(duì)比分析
  9．7 小結(jié)
第10章  低能耗編譯優(yōu)化
  10．1 引言
  10．2 Profiling驅(qū)動(dòng)的DFS編譯優(yōu)化
    10．2．1 編譯優(yōu)化方法的思路
    10．2．2 編譯優(yōu)化流程
    10．2．3 區(qū)域與處理器頻率的選擇算法
  10．3 在龍芯2F上的實(shí)現(xiàn)
    10．3．1 龍芯處理器特性
    10．3．2 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
    10．3．3 能耗估算模型
  10．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    10．4．1 測試程序在不同頻率下的執(zhí)行時(shí)間與時(shí)鐘周期比
    10．4．2 性能與能耗結(jié)果分析
    10．4．3 調(diào)頻開銷及性能指標(biāo)對(duì)算法的影響
    10．4．4 兩種處理器上的Cache配置對(duì)DFS優(yōu)化的影響
  10．5 小結(jié)
第11章  結(jié)論與展望
  11．1 結(jié)論
  11．2 展望
附錄A 測試程序及指令基本能耗
附錄B 四種Cache操作能耗、平均值及標(biāo)準(zhǔn)方差
附錄C 操作和指令的基本能耗參數(shù)
參考文獻(xiàn)

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)高能效軟件技術(shù)及應(yīng)用(中文版計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生系列教材)》由趙霞所著，全書共11章。第1章為緒論，第2章介紹高能效軟件技術(shù)基礎(chǔ)及現(xiàn)有研究工作基礎(chǔ)；第3～6章是操作系統(tǒng)電源管理，介紹操作系統(tǒng)電源管理模型，處理器動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)策略和設(shè)備動(dòng)態(tài)功耗管理策略以及自適應(yīng)電源管理機(jī)制；第7、8章是嵌入式系統(tǒng)能耗模擬與評(píng)估，介紹全系統(tǒng)能耗模擬框架和系統(tǒng)能耗模型、基于宏模型的快速軟件能耗估算、嵌入式系統(tǒng)軟件能耗評(píng)估；第9、10章是能耗優(yōu)化與應(yīng)用初探，介紹在Android智能手機(jī)上所做的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)能耗建模、手機(jī)電池使用時(shí)間預(yù)測，以及面向國產(chǎn)龍芯處理器的低功耗編譯優(yōu)化方法；第11章是結(jié)論與展望，可供計(jì)算機(jī)及其相關(guān)領(lǐng)域的科研人員及高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生參考使用。

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