Linux环境下低CPU资源消耗的应用软件低功耗研究

论文摘要

计算机技术的迅速的发展带来的负面影响是系统功耗的开销越来越大,尤其对那些嵌入式设备而言,其功耗问题所带来的负面影响更为突出,因此需要对这些功耗进行控制。低功耗的设计包括硬件平台的低功耗设计和软件层面的低功耗设计。软件的低功耗技术依赖于硬件的低功耗技术,通过软件的低功耗设计设计可以充分的发挥硬件的一些节能技术。Linux操作系统已应用到各种嵌入式设备中,本文从Linux平台的软件设计的体系结构的并行任务的编程模型角度出发,从软件执行的角度对CPU的消耗情况进行分析,在内核所提供各种处理器节能的基础上针对应用软件的运行和完成任务的特点去对应用软件多线程间的运行进行控制,通过相应的并行任务的处理策略去实现对处理器功耗的控制。本文完成的主要工作如下：对Linux内核中的各种控制处理器功耗的技术进行总结,以这些技术作为设计相关的低处理器资源软件的开发的基础。并对唤醒处理器的行为进行了描述,提出了低处理器功耗的软件的标准。对唤醒行为执行的控制集中。本文以内核的调度控制为出发点,从应用程序并行任务的各个任务出发,分析了各种任务的执行的特点以及任务间的相互关系,再针对这些任务的特点和关系给出了相应的集中控制的方法：对那些可以延缓处理的任务,使其在特定的时间段内对进行统一的处理,从而避免大量无规则的零散的调度所产生的时钟事件频繁的去唤醒处理器的睡眠,在最后给出了相应的低处理器消耗的应用软件的执行模型。最后通过视频播放对模型进行验证,证明了该模型在不影响软件运行效果的同时能达到降低处理器功耗的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景和研究意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 编译层优化
• 1.2.2 程序级和算法级功耗优化技术
• 1.2.3 软件体系结构级功耗优化技术
• 1.3 本文研究的领域和面临的主要挑战
• 1.4 本文的贡献
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 Linux环境下的所支持的CPU功耗控制相关技术研究
• 2.1 CPU电源管理
• 2.1.1 acpi简介
• 2.1.2 ACPI的标准与结构
• 2.1.3 Linux环境下ACPI的cpu电源管理功能
• 2.1.4 ACPI对于处理器功耗控制的意义
• 2.2 CPU动态频率调节
• 2.2.1 cpufreq子系统
• 2.2.2 CPUfreq子系统在Linux系统内核中的实现
• 2.3 tickless机制
• 2.3.1 tickless简介
• 2.3.2 tickless的原理和分析
• 2.3.3 tickless机制在Linux中的实现
• 2.3.4 tickless机制的意义
• 2.4 Linux内核的进程分析
• 2.4.1 Linux进程的特点
• 2.4.2 idle进程
• 2.5 本章小结
• 第三章 Linux环境下低CPU资源消耗应用软件功耗研究
• 3.1 Linux环境下处理器唤醒行为及控制研究
• 3.1.1 唤醒行为的定义及功耗分析
• 3.1.2 唤醒行为控制研究入手点
• 3.2 低CPU功耗应用软件开发方法研究
• 3.2.1 多线程任务以及任务间的关系
• 3.2.2 任务执行行为的分类
• 3.2.3 任务执行的控制方法
• 3.3 集中可控的任务唤醒行为的算法研究
• 3.3.1 集中可控行为描述
• 3.3.2 任务执行集中控制的算法
• 3.4 低CPU资源消耗软件的执行模型
• 3.5 小结
• 第四章 集中可控算法在视频播放软件中的应用
• 4.1 评估的平台和方法
• 4.2 实验的对象
• 4.3 实验的操作以及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文的总结
• 5.2 本文的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 论文发表情况
• 主要项目参与情况
• 致谢