简论单片机的嵌入式系统的低消耗设计
发布时间：2014-12-16 10:42
发布者：designapp
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近些年来随着经济的飞速发展，移动电子产品越来越成为生活中的重要组成部分，如在手机、GPS 等新兴移动产品的逐渐成为生活中的必需品，所以嵌入式系统设计研究也成为了嵌入式工程师比较关注的话题。嵌入式系统将无线网络技术、电子半导体技术相互有机的结合起来，使的移动电子产品越来越智能化。然而由于移动电子产品通常是靠电池进行供电，所以基于单片机的嵌入式系统的低消耗的设计也是很多设计人员必须面对的问题。主要的原因是由于便携式且移动性比较强的产品上使用的电池的蓄电能力一般都在 2000mAh 以下，所以产品中的低功耗设计成为了必然的趋势。 一、相关原理 嵌入式系统要实现低功耗，互补金属氧化物半导体器件（CMOS）在其中起到的了非常重要的作用。以下是互补金属氧化物半导体数字集成电路的一些特点： 1) 允许的电源电压范围宽,方便电源电路的设计 2) 逻辑摆幅大,使电路抗干扰能力强 3) 静态功耗低 CMOS 在电路运行时的功耗是静态功耗与动态功耗两部分相加。静态功耗等于工作电源电压加上静态情况下电源流向于电路内部电流；动态功耗则会等于瞬时导电功耗加上输出电容允许放电功耗。CMOS 的静态功耗较低，所以决定只要降低 CMOS 的动态功耗，就能满足产品的低功耗设计目标。动态功耗不单单是来自于负载，就电路的内部来说，它和电源电压、输出电平与工作频率均有着很大的关系。而 CMOS 允许的电源电压范围宽,方便电源电路的设计，逻辑摆幅大, 使电路抗干扰能力强的特点，能够很好的降低动态功耗。 二、嵌入式操作系统硬件设计方法 计算机网络技术在硬件中的大面积的提高，为单片机嵌入式系统的建立提供了根本的条件，为高性质的 EDA 的开发创造得到了长时间以来始终的改进和发展，计算机网络的软件在突飞猛进的更新与进步，这也为单片机软件开发系统的嵌入式的软件充分的应用带来了或者是比较高效益和利润的开发平台。这些主要的原因都可以推进单片嵌入式系统在设计中方法和想法上的进一步的改变。 我们以 PCB、CAD 软件和 ICE 为主要的设计的思路合和方法，这同时也为我国当今信息化的社会中单片机系统的专业的设计人员始终在采用和使用的方法，主要的实施步骤是先进行抽象的操作最后具体的实施方法。抽象的系统设计是按照单片机嵌入式软件系统的实时的应用进而来实现的必要的要求和标准，对嵌入式系统的操作功能进行了系统化的分离，分成了若干个不同种类功能的模块，并且嵌入式系统中画出系统的功能实施设计图，对系统功能区的模块进行硬件和系统中的软件在分配分工。 嵌入式系统设计工作的主要内容包括系统软件的设计和硬件设施的设计。硬件设施设计的主要原理，主要是按照性能的数据参数，对每一个功能模块中的系统构件进行的选择和重新组合，当今社会当中可以购买到适用的，性能价格比较高的构件，做单片机嵌入式系统软件在选择的根木的前提条件。系统软件中的设计工作主要的内容包括任务数据分析、资源信息配置、功能模块的细分、设计的程序和代码的调节等。 EDA 工具软件和 RTOS 的设计方法是：随着计算机技术的发展，可通用编程制逻辑器产生。在硬件设施上的设计上，可采用并非制定的器件把原先传统的器件利用印刷制作线板路，相互连接的逻辑器制成集成电路，可以使印制板的布局的复杂性转化为半定制器件的复杂性。半定制器件设计不要求设计人员有半导体工艺和集成电路的布局经验。半定制器件规模的不断扩大，可集成器件逐渐增多，这也时印制板器件线路、配置进而调试的费用愈来愈少，使印制板的面积和插件的数量大大的减少降低了系统的成本，增加了可编程应用系统的灵活性，最显著的是大大降低了嵌入式系统的功耗，进而提高的系统的工作速率，提高系统的可靠性和安全性。 三、单片机嵌入式系统操作系统的设计 单片机系统作为嵌入式操作系统中的主要控制环节，它的软件设计通常是一个非常细小的比较实时的操作软件系统，大多数软件是为了程序当中的某种应用系统而设计的而成的。系统的编制程序在实时的操作过程中，对信息资料的处理的时候，就应该要求迅速的根据外部的变化对时间进行处理。实时性能的单片机嵌入式操作系统它按照应用程序的操作系统的中的提供的要求产生的。通常的情况下我们可以说，微型机器的系统控制器(也就是单片机嵌入式的 MCU)它，是一个单片密集的操作式的系统，可以将计算软件当中所需要的外部的设施，例如软件当中的程序和信息数据当中的存储信息的管理器和集成系统中的芯片。从硬件这一方面上来说，单片机在它的系统使用上，其实是分时这种操作系统和计算机这一操作系统皆无法进行一系列比较的。可是，在单片机这样的设计之中，关于设计人员们对于这最终的具体要求其实还是很明确的，可以利用一些来自环境上的相对的固定特征，为单片机这一嵌入式系统在它的实时上具体操作问题以及设计提供了相应的例如以及可能性。 嵌入式这种操作系统其实是嵌入式之中的核心，更是应用系统的灵魂，它承担着不仅是来自各种任务的调配、控制或者是同步以及资源的管理等，这些重要的任务都需要它才可以。嵌入式的这种操作系统和其他别的操作系统进行比较的话，有微内核，而它并没有 SHELL 和图形的接口等，其他的功能其实是可以去掉。一般情况来讲，操作系统以及它的应用程序其实是紧密相连的，运行在同一个空间中，嵌入式系统存储空间较小，一般也都是使用它在实际上的物理地址，存储管理这种模块相对来说是比较简单，内核的体积也在减小，可以使它的内核成为自己的微内核。 四、单片机在嵌入式这一系统的软件上，关于编码的相关设计 嵌入式系统的这一软件在它的开发上，一定要经过详尽的分析以及功能上相关细致的设计、在结构上的严谨的设计进而编码的实现阶段，它和那些普通的台式机在软件上相比，其实是在开发的形式上是不同的，嵌入式这一系统软件的开发其实更是跨平台式的一种开发，许多代码也都是直接影响着，以及控制着硬件的具体设施，硬件它自身的依赖性强、嵌入式这种系统自身在应用软件之中的设计之时，主要也是有自己可用的一种工具包，在不同时期以及不同阶段，更是都需要不同形式的工具包。 目前情况而言，嵌入式这种系统的操作正在不断的走向成熟，它在开发的环境以及它的开发的功能更是在逐渐的进步，逐渐的完善，嵌入式这种系统软件在它的应用上来开发或者是和以后相比相对显得尤为简单。一般情况来说，开发的环境其实就是集成了相应的编辑器、编译器和模拟器等，可以使开发人员脱离硬件目标的环境，迅速的开发出应用软件的原型，用户可以根据微机上集成环境时嵌入式系统软件的开发人员更好的实现软件上的功能。 总之，嵌入式系统设计在实际的系统应用中，低消耗的设计要综合的考虑可能出现的因素、条件和状态，我们要对这样的细节进行系统认真的斟酌分析，这样做才可以取得最佳的效果，进而降低潜入系统低消耗的目的。 |
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