嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能中的運用

喬 莉

（河北北方學院 河北 張家口 075000）

1 引言

嵌入式技術(shù)是一種能將電子設(shè)備的軟件和硬件結(jié)合起來編程獨立工作設(shè)備的一種計算機系統(tǒng)技術(shù)。嵌入式技術(shù)因其具有高效性以及多功能的優(yōu)勢特點而被廣泛應(yīng)用于人們的日常工作與生活之中。通過技術(shù)人員的高效優(yōu)化配置，嵌入式技術(shù)可以根據(jù)不同目標產(chǎn)品對功能方面的要求，滿足目標產(chǎn)品多元化的功能需求，旨在用最少的成本來使目標產(chǎn)品實現(xiàn)最佳化的功能效果。而對于電子通信設(shè)備來說，嵌入式技術(shù)在電子通信設(shè)備節(jié)能方面表現(xiàn)極為出色，因此目前嵌入式技術(shù)在我國電子通信設(shè)備節(jié)能中的應(yīng)用較廣。嵌入式技術(shù)在電子通信設(shè)備節(jié)能中的應(yīng)用也使我國電子通信節(jié)能系統(tǒng)得到較大發(fā)展。

2 嵌入式技術(shù)

2.1 技術(shù)特點

嵌入式技術(shù)在本質(zhì)上來說是計算機系統(tǒng)的一種特殊表現(xiàn)形式，它能夠?qū)Σ煌膽?yīng)用場景，發(fā)揮具有針對性的作用和效果，進而顯現(xiàn)對資源的高效利用[1]。多功能性和高效性是嵌入式技術(shù)的兩個最為明顯的特征，嵌入式技術(shù)可以實現(xiàn)將電子設(shè)備的軟硬件結(jié)合起來，并根據(jù)使用的方式選用適當?shù)挠嬎銠C技術(shù)，使電子設(shè)備的軟硬件成為產(chǎn)品最為核心的部位，使控制中心能夠發(fā)揮最大的功效。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

能滿足不同群體的消費需求以及實現(xiàn)資源的有效利用是嵌入式技術(shù)最大優(yōu)勢。首先，嵌入式技術(shù)通過技術(shù)人員的優(yōu)化配置，能夠在滿足產(chǎn)品本身功能需求的同時將資源進行最大化利用，實現(xiàn)用最少成本獲取最多的收益；其次，嵌入式技術(shù)融合了多種技術(shù)，不需要載體就可以實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)備的有效控制運行，換句話來說就是嵌入式技術(shù)本身就是產(chǎn)品的核心裝置；最后，在產(chǎn)品的目標功能滿足方面，嵌入式設(shè)備因其具有中央處理器，能夠根據(jù)產(chǎn)品目標功能進行同一時間多項任務(wù)的同時處理，滿足產(chǎn)品功能多樣性的需求。

3 嵌入式系統(tǒng)低功耗技術(shù)分析

嵌入式系統(tǒng)可以簡單理解為是一種計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全嵌入在受控器件內(nèi)部，且該系統(tǒng)經(jīng)過特定的設(shè)計，應(yīng)用于特定的場景。盡管該系統(tǒng)具備計算機的功能，卻不是傳統(tǒng)意義上的PC系統(tǒng)，其具備體積小、靈活性高等特點，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛[2]。通常，一個嵌入式系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、微處理器、用戶應(yīng)用軟件以及外圍設(shè)備等部分組成，因此可以從硬件以及軟件兩個方面研究分析其降低功耗的技術(shù)。

首先，物理材料是各種硬件設(shè)備的基礎(chǔ)組成部分，如電池、材料、技術(shù)工藝等都是必不可少的。而隨著節(jié)能課題的深入研究，對于制作材料的要求也在不斷提高，越來越多的優(yōu)質(zhì)材料被應(yīng)用到了硬件設(shè)備中，這就大大提高了硬件節(jié)能降耗的優(yōu)勢。電池在耗能中占很大比例，因此在電池的生產(chǎn)中，不僅要關(guān)注電池的續(xù)航能力與壽命，還要關(guān)注電池的耗能，對其進行低功耗設(shè)計。在設(shè)計大部分的電子通信設(shè)備時，都要重點關(guān)注設(shè)備的待機時間、續(xù)航能力以及省電能力，同時這也是用戶所關(guān)注的重點。因此，應(yīng)當不斷創(chuàng)新技術(shù)工藝，研發(fā)更好的嵌入式系統(tǒng)，更新生產(chǎn)技術(shù)。例如通過嵌入式微處理器與主板的配合使用，通過關(guān)閉與嵌入式應(yīng)用無關(guān)的主板功能從而達到降低功耗的目的；其次，軟件部分主要由文件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、圖形用戶接口等部分組成，在實現(xiàn)硬件降低耗能的同時，也提出了軟件低功耗的設(shè)計概念。例如，將算法進行優(yōu)化，將可以省略的計算程序減掉，進而起到降低能耗的效果[3]；最后，嵌入式軟件在編寫時一般都會采用高級的計算機語言，并且在這個過程中還要對編程以及算法進行不斷地完善革新，以達到對操作系統(tǒng)進行優(yōu)化的目的。簡單概括來說，嵌入式系統(tǒng)低功耗是通過保持系統(tǒng)運行中使用到的部分維持正常的能耗，而對暫時處于閑置狀態(tài)的部分要使其進入到節(jié)能狀態(tài)。因此，嵌入式系統(tǒng)低功耗技術(shù)的實現(xiàn)需要設(shè)計人員與研發(fā)人員不斷學習新的技術(shù)，對嵌入式系統(tǒng)進行具有創(chuàng)新性的革新。

4 嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能中的應(yīng)用

4.1 用于優(yōu)化軟件電源

交互活動的展開要消耗很多能源，隨著交互活動的進行，電子通信系統(tǒng)運行而產(chǎn)生的軟件消耗很大程度影響了能源的消耗量。根據(jù)相關(guān)專家的研究結(jié)果可知，在電子通信中的能源消耗能夠有效評估部分指令調(diào)度的算法，可以對比分析軟件性能與能源消耗兩大方向的能源導向，進而提出調(diào)度算法的多種猜想并加以實驗驗證。根據(jù)實驗結(jié)果，我們可以判斷出同階段進行性能調(diào)度技術(shù)和能源消耗在一定程度上具有可行性與合理性。通過仿真實驗，我們可以得知，在以性能為導向的基礎(chǔ)上，調(diào)度算法可以讓能源的消耗降低30%以上。由于對于系統(tǒng)的便攜性與體積的要求限制，嵌入式系統(tǒng)在日常生活中得到了廣泛應(yīng)用。還有專家提出，采用SymSoft工具流程來改進整合音頻解碼器算法，減少指令數(shù)量以及訪問內(nèi)存的次數(shù)，進而降低系統(tǒng)功耗，實現(xiàn)節(jié)能的效果[4]。

4.2 用于電源調(diào)度管理

調(diào)度任務(wù)處理單元是降低耗能的常用手法。輕量級的嵌入式技術(shù)就可以實現(xiàn)調(diào)度任務(wù)，關(guān)閉不在工作狀態(tài)的設(shè)備。該技術(shù)較早改進了對多種任務(wù)的調(diào)度方式，包含了有限能源與環(huán)境資源的調(diào)度。通過對電源進行有效管理，能夠大幅度節(jié)約電力能源，如動態(tài)電源管理就是采用直接關(guān)閉未投入使用的設(shè)備來進行節(jié)能，這種方式甚至可以節(jié)約一半以上的能源。還有專家提出通過集中分布式電壓處理系統(tǒng)單元以及改進電功率配置文件等方式，以電池作為分布式能源直接實時嵌入電池以進入感知狀態(tài)。這兩種調(diào)度計劃從不同的方向與內(nèi)容進行優(yōu)化，讓重新安排變電壓的空余時間增多，讓放電功率曲線更加穩(wěn)定。然而，實時電源管理有一定的局限性。以往的調(diào)度技術(shù)主要應(yīng)用于實時系統(tǒng)和處理器中，此類算法的應(yīng)用只能對處理器進行處理，應(yīng)用范圍不夠廣泛，難以應(yīng)用到其他各種類設(shè)備中。

4.3 用于降低顯示功耗

用戶在電子通信互動中，多數(shù)要利用屏幕進行，而顯示器的背光源處會產(chǎn)生一部分的能源消耗。對于這一現(xiàn)象，有相關(guān)技術(shù)研發(fā)人員研發(fā)和優(yōu)化了低功耗圖形界面技術(shù)以及低功耗人際交互嵌入。LED電子顯示屏的組成包含了多個小型LED模塊化面板，通過對這些模塊化面板的組合來實現(xiàn)各類信息的顯示功能。隨著科技的不斷進步與發(fā)展，科研人員研究出了更多先進的電子通信設(shè)備，如手持電腦、iPad等科技產(chǎn)品走進了千家萬戶，被廣泛使用。而類似于手持電腦以及iPad等一系列設(shè)備都可以通過CPU來降低能耗，加大人工交互。

LCD液晶顯示器也是一種常見的手持嵌入式系統(tǒng)，由緩沖處理器、背光本、逆變器以及液晶面板組成。程序互動的應(yīng)用由電源的動態(tài)管理實現(xiàn)，然而一些人為因素會造成CPU和內(nèi)存系統(tǒng)的延遲。一些專家提出了相應(yīng)的方案，提出通過引進系統(tǒng)級的液晶顯示來降低功耗，研發(fā)人員基于該方案研發(fā)變頻刷新，通過深度控制動態(tài)色彩、亮度與對比度加大背光亮度的明暗技術(shù)來降低功耗，實現(xiàn)節(jié)能的目的[5]。

4.4 用于降低安全功耗

安全問題無論在什么時間什么場景，都是要擺在首位的問題。安全協(xié)議在電子通信領(lǐng)域中內(nèi)容的定義較為廣泛。電子通信具有交流方位較為廣泛、計算難度大、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較為復雜且敏感、環(huán)境因素不確定等特點，這也是安全協(xié)議為什么有必要存在，且安全協(xié)議內(nèi)容定義為什么較為廣泛的原因[6]。嵌入式的安全協(xié)議對存儲空間有一定要求，會影響資源限制。要對通信基礎(chǔ)設(shè)施以及計算機單元方面進行優(yōu)化，可以從降低安全功耗入手。專家指出，對低功耗分布式無線網(wǎng)下集成方面的微聚合服務(wù)，能夠讓用戶的查詢更加簡便快捷，提高執(zhí)行與分布在低功耗分布式無線網(wǎng)中的效率，起到節(jié)約能源的作用。

4.5 用于降低電子通信功耗

電子通信設(shè)備的內(nèi)芯總線上有無線通信，而無線通信在多數(shù)情況下就是造成大量功耗消耗的首要原因。因此，可以采用總線編碼技術(shù)來提高吞吐量性能與數(shù)據(jù)延遲，以此來實現(xiàn)能耗的控制。研發(fā)人員的實驗正是使用嵌入式處理器指令總線低功耗的編碼器，通過對編碼的優(yōu)化改進來大大縮短了總線位置指令的過渡階段。除了總線變換活動能夠造成能源消耗之外，相互連接的多個總線活動也是產(chǎn)生能源消耗的原因。大量的專家學者通過研究得出，改變總線位活動能夠使總線的能源消耗變小，甚至能夠降低總線的能源消耗范圍，大約能控制在原有能源消耗的70%左右。研究人員除了對總線位活動方面進行研究外，還有部分研究人員對路由協(xié)議方向進行了研究，對移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)計進行了實驗，提出了通過尋找較高的寬帶，改進發(fā)現(xiàn)路徑等方式來實現(xiàn)降低功耗。通過使用中繼模式與LRR路由協(xié)議來減少通信過程中路由請求的數(shù)量與改進寬帶，以實現(xiàn)整體功耗額降低，實現(xiàn)電子通信的節(jié)能[7]。

5 結(jié)語

綜上所述，我們可以看出嵌入式技術(shù)在電子通信節(jié)能方面的應(yīng)用極廣，通過對軟件電源進行優(yōu)化、電源調(diào)度進行合理化的安排、降低電子通信設(shè)備屏幕顯示、安全性能以及電子通信方面的功耗，進而使電子通信設(shè)備產(chǎn)生較好的節(jié)能效果。