簡論單片機的嵌入式系統(tǒng)的低消耗設計

1、<p>　　簡論單片機的嵌入式系統(tǒng)的低消耗設計</p><p>　　摘要：分析基于單片機的嵌入式系統(tǒng)設計的基本原理，并以此為基礎進行了低功耗研究，提出了低功耗系統(tǒng)硬件與軟件設計方面的相關(guān)策略。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機、嵌入式系統(tǒng)、低功耗 </p><p>　　中圖分類號：U260.15+3 文獻標識碼：A </p><p&

2、gt;<b>　　一、引言 </b></p><p>　　近些年來隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，移動電子產(chǎn)品越來越成為生活中的重要組成部分，如在手機、GPS等新興移動產(chǎn)品的逐漸成為生活中的必需品，所以嵌入式系統(tǒng)設計研究也成為了嵌入式工程師比較關(guān)注的話題。嵌入式系統(tǒng)將無線網(wǎng)絡技術(shù)、電子半導體技術(shù)相互有機的結(jié)合起來，使的移動電子產(chǎn)品越來越智能化。然而由于移動電子產(chǎn)品通常是靠電池進行供電，所以基于單片機的嵌

3、入式系統(tǒng)的低消耗的設計也是很多設計人員必須面對的問題。主要的原因是由于便攜式且移動性比較強的產(chǎn)品上使用的電池的蓄電能力一般都在2000mAh以下，所以產(chǎn)品中的低功耗設計成為了必然的趨勢。 </p><p><b>　　二、相關(guān)原理 </b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)要實現(xiàn)低功耗，互補金屬氧化物半導體器件（CMOS）在其中起到的了非常重要的作用。以下是互補金屬氧化

4、物半導體數(shù)字集成電路的一些特點： </p><p>　　允許的電源電壓范圍寬,方便電源電路的設計 </p><p>　　邏輯擺幅大,使電路抗干擾能力強 </p><p><b>　　靜態(tài)功耗低 </b></p><p>　　CMOS在電路運行時的功耗是靜態(tài)功耗與動態(tài)功耗兩部分相加。靜態(tài)功耗等于工作電源電壓加上靜態(tài)情況下電

5、源流向于電路內(nèi)部電流；動態(tài)功耗則會等于瞬時導電功耗加上輸出電容允許放電功耗。CMOS的靜態(tài)功耗較低，所以決定只要降低CMOS的動態(tài)功耗，就能滿足產(chǎn)品的低功耗設計目標。動態(tài)功耗不單單是來自于負載，就電路的內(nèi)部來說，它和電源電壓、輸出電平與工作頻率均有著很大的關(guān)系。而CMOS允許的電源電壓范圍寬,方便電源電路的設計，邏輯擺幅大,使電路抗干擾能力強的特點，能夠很好的降低動態(tài)功耗。 </p><p>　　三、嵌入式操作系

6、統(tǒng)硬件設計方法 </p><p>　　計算機網(wǎng)絡技術(shù)在硬件中的大面積的提高，為單片機嵌入式系統(tǒng)的建立提供了根本的條件，為高性質(zhì)的EDA的開發(fā)創(chuàng)造得到了長時間以來始終的改進和發(fā)展，計算機網(wǎng)絡的軟件在突飛猛進的更新與進步，這也為單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的嵌入式的軟件充分的應用帶來了或者是比較高效益和利潤的開發(fā)平臺。這些主要的原因都可以推進單片嵌入式系統(tǒng)在設計中方法和想法上的進一步的改變。 </p><p

7、>　　我們以PCB、CAD軟件和ICE為主要的設計的思路合和方法，這同時也為我國當今信息化的社會中單片機系統(tǒng)的專業(yè)的設計人員始終在采用和使用的方法，主要的實施步驟是先進行抽象的操作最后具體的實施方法。抽象的系統(tǒng)設計是按照單片機嵌入式軟件系統(tǒng)的實時的應用進而來實現(xiàn)的必要的要求和標準，對嵌入式系統(tǒng)的操作功能進行了系統(tǒng)化的分離，分成了若干個不同種類功能的模塊，并且嵌入式系統(tǒng)中畫出系統(tǒng)的功能實施設計圖，對系統(tǒng)功能區(qū)的模塊進行硬件和系統(tǒng)中的

8、軟件在分配分工。 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)設計工作的主要內(nèi)容包括系統(tǒng)軟件的設計和硬件設施的設計。硬件設施設計的主要原理，主要是按照性能的數(shù)據(jù)參數(shù)，對每一個功能模塊中的系統(tǒng)構(gòu)件進行的選擇和重新組合，當今社會當中可以購買到適用的，性能價格比較高的構(gòu)件，做單片機嵌入式系統(tǒng)軟件在選擇的根木的前提條件。系統(tǒng)軟件中的設計工作主要的內(nèi)容包括任務數(shù)據(jù)分析、資源信息配置、功能模塊的細分、設計的程序和代碼的調(diào)節(jié)等。 <

9、/p><p>　　EDA工具軟件和RTOS的設計方法是：隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，可通用編程制邏輯器產(chǎn)生。在硬件設施上的設計上，可采用并非制定的器件把原先傳統(tǒng)的器件利用印刷制作線板路，相互連接的邏輯器制成集成電路，可以使印制板的布局的復雜性轉(zhuǎn)化為半定制器件的復雜性。半定制器件設計不要求設計人員有半導體工藝和集成電路的布局經(jīng)驗。半定制器件規(guī)模的不斷擴大，可集成器件逐漸增多，這也時印制板器件線路、配置進而調(diào)試的費用愈來愈少，

10、使印制板的面積和插件的數(shù)量大大的減少降低了系統(tǒng)的成本，增加了可編程應用系統(tǒng)的靈活性，最顯著的是大大降低了嵌入式系統(tǒng)的功耗，進而提高的系統(tǒng)的工作速率，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。 </p><p>　　三、單片機嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)的設計 </p><p>　　單片機系統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)，它的軟件設計通常是一個非常細小的比較實時的操作軟件系統(tǒng)，大多數(shù)軟件是為了程序當中的某種應用

11、系統(tǒng)而設計的而成的。系統(tǒng)的編制程序在實時的操作過程中，對信息資料的處理的時候，就應該要求迅速的根據(jù)外部的變化對時間進行處理。實時性能的單片機嵌入式操作系統(tǒng)它按照應用程序的操作系統(tǒng)的中的提供的要求產(chǎn)生的。通常的情況下我們可以說，微型機器的系統(tǒng)控制器(也就是單片機嵌入式的MCU)它，是一個單片密集的操作式的系統(tǒng)，可以將計算軟件當中所需要的外部的設施，例如軟件當中的程序和信息數(shù)據(jù)當中的存儲信息的管理器和集成系統(tǒng)中的芯片。從硬件這一方面上來說，

12、單片機在它的系統(tǒng)使用上，其實是分時這種操作系統(tǒng)和計算機這一操作系統(tǒng)皆無法進行一系列比較的?？墒牵趩纹瑱C這樣的設計之中，關(guān)于設計人員們對于這最終的具體要求其實還是很明確的，可以利用一些來自環(huán)境上的相對的固定特征，為單片機這一嵌入式系統(tǒng)在它的實時上具體操作問題以及設計提供了相應的例如以及可能性。 </p><p>　　嵌入式這種操作系統(tǒng)其實是嵌入式之中的核心，更是應用系統(tǒng)的靈魂，它承擔著不僅是來自各種任務的調(diào)配、控

13、制或者是同步以及資源的管理等，這些重要的任務都需要它才可以。嵌入式的這種操作系統(tǒng)和其他別的操作系統(tǒng)進行比較的話，有微內(nèi)核，而它并沒有SHELL和圖形的接口等，其他的功能其實是可以去掉。一般情況來講，操作系統(tǒng)以及它的應用程序其實是緊密相連的，運行在同一個空間中，嵌入式系統(tǒng)存儲空間較小，一般也都是使用它在實際上的物理地址，存儲管理這種模塊相對來說是比較簡單，內(nèi)核的體積也在減小，可以使它的內(nèi)核成為自己的微內(nèi)核。 </p><

14、;p>　　四、單片機在嵌入式這一系統(tǒng)的軟件上，關(guān)于編碼的相關(guān)設計 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的這一軟件在它的開發(fā)上，一定要經(jīng)過詳盡的分析以及功能上相關(guān)細致的設計、在結(jié)構(gòu)上的嚴謹?shù)脑O計進而編碼的實現(xiàn)階段，它和那些普通的臺式機在軟件上相比，其實是在開發(fā)的形式上是不同的，嵌入式這一系統(tǒng)軟件的開發(fā)其實更是跨平臺式的一種開發(fā)，許多代碼也都是直接影響著，以及控制著硬件的具體設施，硬件它自身的依賴性強、嵌入式這種系

15、統(tǒng)自身在應用軟件之中的設計之時，主要也是有自己可用的一種工具包，在不同時期以及不同階段，更是都需要不同形式的工具包。 </p><p>　　目前情況而言，嵌入式這種系統(tǒng)的操作正在不斷的走向成熟，它在開發(fā)的環(huán)境以及它的開發(fā)的功能更是在逐漸的進步，逐漸的完善，嵌入式這種系統(tǒng)軟件在它的應用上來開發(fā)或者是和以后相比相對顯得尤為簡單。一般情況來說，開發(fā)的環(huán)境其實就是集成了相應的編輯器、編譯器和模擬器等，可以使開發(fā)人員脫離硬

16、件目標的環(huán)境，迅速的開發(fā)出應用軟件的原型，用戶可以根據(jù)微機上集成環(huán)境時嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)人員更好的實現(xiàn)軟件上的功能。 </p><p>　　總之，嵌入式系統(tǒng)設計在實際的系統(tǒng)應用中，低消耗的設計要綜合的考慮可能出現(xiàn)的因素、條件和狀態(tài)，我們要對這樣的細節(jié)進行系統(tǒng)認真的斟酌分析，這樣做才可以取得最佳的效果，進而降低潛入系統(tǒng)低消耗的目的。 </p><p><b>　　參考文獻： &l