設備制造商正面臨挑戰(zhàn)，因為消費者要求其設備具有完整的功能，而移動設備正變得越來越復雜和功能豐富。除了完整的功能外，消費者還希望獲得持久電池壽命的便利。不幸的是，對于設備制造商來說，這兩個設計目標只能以相互為代價來實現。當開發(fā)人員被拉向這兩個不同的方向時，可以做些什么來減輕他們的痛苦？

當設計團隊試圖將兩者都提供給要求苛刻的消費者時，性能與節(jié)能的二分法可能會令人抓狂。滿足這些要求意味著不斷突破性能的界限，同時從其構建中擠出每一點電池壽命。幸運的是，設計團隊擁有觸手可及的資源，使他們能夠做到這一點。以下討論提供了有關設備制造商如何通過嵌入式 Linux 的動態(tài)電源管理功能最大限度地節(jié)省手持設備的功耗的見解。

電源管理案例

電源管理是一個系統(tǒng)范圍的設計目標，需要硬件、內核和用戶空間應用程序的協(xié)調與合作。通過在 CPU 處于活動狀態(tài)以及處于非活動狀態(tài)時提供節(jié)能選項，Linux 為工程師提供了多種工具，使他們能夠在設計構建中最大限度地節(jié)能。

但為什么電源管理如此重要？首先，電源管理功能是消費者的首要任務。無論設備的最終用途如何，無論是語音、視頻、音樂還是 Web 訪問，最終用戶都希望他們的移動設備具有持久的電池壽命。因為電源管理對于想要在市場上獲勝的制造商來說是必不可少的，所以他們必須將長電池壽命作為首要功能。工程師實現這些期望的能力可以在贏得市場和成為失敗者之間產生差異。

制定一個可靠的電源管理策略以最大限度地節(jié)省功耗是設計過程早期的關鍵步驟。這個想法是以對最終用戶透明的方式來計劃節(jié)能。鑒于節(jié)能方法總是以性能或功能換取能源，因此必須制定明確的戰(zhàn)略。一些成功的設計工程師這樣做的方法是在處理器不忙時縮減性能，或者在不使用外設時將其置于待機模式。

全球視野

在制定電源管理策略時，重要的是要全面了解功耗，以節(jié)省時間并盡可能節(jié)省電能。關注系統(tǒng)中所有的耗電大戶，而不是對已經提供足夠回報的算法進行復雜的優(yōu)化，從而獲得更好的努力回報。

例如，想想普通移動設備的主要功耗來源。細分表明，片上系統(tǒng) （SoC） 只是整個戰(zhàn)略的一個組成部分。完整的功率圖包括其他大量能源消耗，包括背光、DC-DC 轉換器、功率放大器等。

CPU 是嵌入式系統(tǒng)中功耗的主要來源，必須仔細調節(jié)其功耗以實現激進的電源管理目標，例如延長電池壽命。CPUfreq 和 CPUidle 是 Linux 內核中的系統(tǒng)，它們通過稱為動態(tài)電源管理（DPM） 的技術來管理 CPU 電源使用情況。

DPM 的前提是系統(tǒng)在運行期間會遇到不均勻的工作負載。因此，DPM 包含一組技術，通過選擇性地關閉系統(tǒng)組件或在它們不是完全必要或滿負荷需要時降低它們的性能來實現節(jié)能計算。CPUfreq 通過動態(tài)調整 CPU 的電壓和頻率以響應系統(tǒng)不斷變化的性能要求，為節(jié)能設計提供了框架。CPUidle 控制當 CPU 無工作時進入哪個低功耗空閑狀態(tài)。

制定計劃：先 DPM，然后再深入

動態(tài)電源管理可以在設計過程中的兩個關鍵點實現：CPU 處于活動狀態(tài)和 CPU 處于非活動狀態(tài)。

· 當 CPU 處于活動狀態(tài)時：這可以使用稱為負載縮放的技術來實現。在執(zhí)行代碼時動態(tài)調整處理器的電壓/頻率可以節(jié)省大量電力。使用稱為調速器的插件控制算法，可以根據包括工作負載在內的任意數量的指標調整電壓/頻率。

· 當 CPU 處于非活動狀態(tài)時：這可以通過另一種稱為空閑縮放的技術來完成?？臻e縮放涉及在系統(tǒng)空閑時進入處理器的低功耗狀態(tài)之一，然后在有指令執(zhí)行時返回到活動狀態(tài)（由 CPUfreq 控制）。

為了獲得最大效果，兩種技術可以一起使用?？梢韵胂螅斖瑫r應用空閑和負載擴展策略時，節(jié)能的潛力是巨大的。這兩種策略都被證明是有效的；他們是真正的主力。

更深奧的策略會產生增量改進。這些通常不值得付出努力。當將稱為應用程序擴展的策略應用于執(zhí)行 MPEG-4 播放的嵌入式系統(tǒng)時，僅比負載擴展策略額外節(jié)省 4% 的功率。

應用程序縮放需要修改播放應用程序以實現一種稱為提前工作的技術。解碼完幀后，前處理算法立即開始在較低的操作點解碼下一幀。它繼續(xù)向前工作，在更節(jié)能的操作點解碼未來的幀，直到它注意到它有錯過最后期限的危險，此時它會將系統(tǒng)限制到更高的性能水平以迎頭趕上。這種復雜的優(yōu)化僅在負載縮放策略上實現了很小的功率節(jié)省。商業(yè) Linux 解決方案為空閑和負載縮放技術提供了開箱即用的支持，這使設計人員能夠自由地研究和降低系統(tǒng)其他部分的功耗。

提前規(guī)劃電源

對電源管理的需求不會消失。相反，它正在成為移動設備設計中越來越重要的特征。采用強大的電源管理策略構建的設計團隊可以利用 Linux 的功能來提供消費者所需的節(jié)能，而不必在性能方面做出不可接受的犧牲。

在設計過程的早期制定節(jié)能策略，從全局角度了解功耗，并在 CPU 處于活動狀態(tài)和空閑狀態(tài)時利用節(jié)能效果僅僅是開始。存在關于電源管理這一重要主題的其他注意事項和策略，因此請務必為即將開展的項目進一步研究這項技術。

審核編輯：郭婷