在μC/OSII上实现动态电压调节技术

　　引言

　　现代社会中，便携式系统(如手机和个人媒体播放器)正在演变成综合性多媒体和通信系统。新的应用程序，如游戏、数字电视、高速Internet，已经成为终端用户产品中的一项普通功能。然而，复杂的功能需要功能强大的处理器，如智能手机中已集成了模拟基带、数字基带、图像处理器和CPU等多个分处理器，但这些分处理器并不是任何时刻都是满负载运转的，它们在很多时候都处于闲置状态。因此，对于依靠电池供电的便携式设备，如何根据系统的工作状态调整各个处理器的功耗水平从而节省电能便成了一个普遍关注的问题。

　　μC/OSII作为一个源码公开的嵌入式实时操作系统，可以支持64个任务，同时支持信号量、消息队列、邮箱等多种常用的进程间通信方式。该操作系统用ANSI C语言书写，程序可读性强，移植性好，可裁减，并已在通信、电子、自动化等领域的嵌入式设备中获得了广泛的应用，但是它的内核并不支持DVS(Dynamic Voltage Scaling)管理。本文在遵循可移植、可裁减的前提下，对其进行了改进，使其可以支持动态的离散电压管理，保证μC/OSII在新要求下的应用，使嵌入式设备的电量能够得到充分的使用。

　　1 DVS在μC/OSII上应用的理论基础

　　1.1 DVS应用的硬件基础

　　动态电压调节技术(DVS)是这样一种技术：在保证系统任务完成的情况下，使处理器运行在尽可能低的电压上。它的基本思想是，当系统需要完成大量计算任务时，提高处理器的电压以增加其处理速度;而当系统任务较少或处于空闲状态时，降低处理器的电压，这样既可以保证系统任务的按时完成，同时又可降低处理器的能量消耗。该节能技术的理论依据来自于对处理器功耗的定义[1]：

　　其中： E为处理器的功耗，V为处理器的电压，fclk为处理器的频率，lLeak为漏电流;α和C为常数，分别表示门电路的电能转换效率和门电路在整个设备中所占的比例;tTask表示系统中任务的个数。根据式(1)可知，通过降低处理器的电压和频率，可以减少处理器对电能的消耗。

　　由于在实际应用中，程序能够直接控制的是处理器的频率，处理器的电压会根据处理器频率的变化自动变化。一般来说，处理器的电压会随着频率的降低而降低，因此，动态电压技术实际上是对频率的调整。本文中如不作特别声明，调整频率即意味调整电压。

　　1.2 DVS应用的软件基础

　　由于μC/OSII是一个基于优先级的抢占式任务调度内核，为了保证低优先级任务能够得到处理器的执行，本文假定系统中用户定义的所有任务都遵循如下的结构[2]：