處理器全方位能耗測量的實(shí)現(xiàn)
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EnergyBench提供若干工具，這些工具可容易低與經(jīng)濟(jì)實(shí)用的硬件結(jié)合使用，以便使用E EM B C開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)方法測量典型功耗。不過，除了處理器之外，具體芯片設(shè)計(jì)和集成到芯片內(nèi)部的外圍模塊也是影響芯片功耗的重要因素。雖然許多芯片供應(yīng)商都會在產(chǎn)品的datasheet中提供功耗參數(shù)，但是這些參數(shù)往往是不具可比性的。當(dāng)設(shè)計(jì)者試圖對集成到SoC中的不同處理器進(jìn)行對比時(shí)，如果想要弄清楚處理器的真實(shí)功耗是怎樣的，將會變得非常困難。這是因?yàn)?，供?yīng)商經(jīng)常使用典型功耗參數(shù)來描述他們的處理器，卻很少表明進(jìn)行這些測量時(shí)處理器的工作負(fù)載，而這將是決定能量和功率參數(shù)的關(guān)鍵因素。
許多嵌入式ARM 處理器的系統(tǒng)都是采用電池供電的方式。因此，ARM 被公認(rèn)為是處理器領(lǐng)域的“低功率領(lǐng)導(dǎo)者”。
然而系統(tǒng)的功耗不僅僅取決于處理器，此外，具體芯片設(shè)計(jì)和集成到芯片內(nèi)部的外圍模塊也將影響片上能量的消耗。
雖然許多芯片供應(yīng)商都會在產(chǎn)品的datasheet中提供功耗參數(shù)，但是這些參數(shù)往往是不具可比性的。這是因?yàn)?，供?yīng)商經(jīng)常使用典型功耗參數(shù)來描述他們的處理器，卻很少表明進(jìn)行這些測量時(shí)處理器的工作負(fù)載。
以前業(yè)界通常將關(guān)注的焦點(diǎn)放在處理器的性能方面，但是隨著E EM B C等組織開發(fā)出各種測試基準(zhǔn)(諸如面向汽車、消費(fèi)電子和網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用領(lǐng)域的基準(zhǔn)測試)，我們可以更清楚的了解處理器內(nèi)部的真實(shí)情況。隨著功耗問題正逐漸嵌入式應(yīng)用中的關(guān)注焦點(diǎn)，因此在評價(jià)處理器時(shí)，必須將功耗作為與性能參數(shù)同等重要的指標(biāo)。其最終目標(biāo)是幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在便攜式應(yīng)用中得到性能和功率間的最佳平衡。
EEMBC實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的方法是開發(fā)基準(zhǔn)軟件實(shí)用工具Energy B ench，它可以在處理器實(shí)際工作負(fù)載時(shí)提供有關(guān)能量消耗的真實(shí)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員可同時(shí)使用EnergyBench和EEMBC性能基準(zhǔn)，以比較不同處理器在執(zhí)行一系列標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用任務(wù)時(shí)的能量消耗效率。在使用EnergyBench查看單個(gè)設(shè)備的功耗時(shí)，顯然不存在所謂的“典型功率”，因?yàn)檫\(yùn)行不同的E EM B C基準(zhǔn)時(shí)，其平均功率有很大的變化。EnergyBench不能反映處理器的典型功率，但通過它可以在特定性能級別上得到某些特定算法或應(yīng)用的典型功耗值。
使用美國國家儀器公司(National Instruments)的LabVIEW平臺和數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡，EEMBC已成功實(shí)現(xiàn) EnergyBench。DAQ卡可提供多個(gè)差分測量通道，它們允許同時(shí)對多個(gè)電源輸入進(jìn)行功耗測量(每次測量都需要捕獲電壓和電流)和一個(gè)觸發(fā)器通道。任何A R M處理器或使用評估板或自己硬件平臺的供應(yīng)商，只需修改其板級電路以實(shí)現(xiàn)電源輸入線的可測量和添加分流電阻器。
EnergyBench就可以使用DAQ卡對電壓和觸發(fā)器通道進(jìn)行采樣并將所有采樣結(jié)果寫入文件。靈活的觸發(fā)機(jī)制可實(shí)現(xiàn)性能基準(zhǔn)測試與功率測量的同步進(jìn)行。這確保了測量所得的代表的是基準(zhǔn)代碼運(yùn)行時(shí)的功耗，而不包括基準(zhǔn)初始化或保留記錄階段中的功耗。
在運(yùn)行基準(zhǔn)測試和功耗采樣時(shí)，必須確保結(jié)果的可靠性、可重復(fù)性和一致性，這對該標(biāo)準(zhǔn)的普及顯得尤其重要。EnergyBench通過多種方法來確保這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)：
1. 可靠性：
通常情況下，為獲得精確的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，必須以2 X N y q u i s t頻率或更高頻率進(jìn)行采樣，或者在隨機(jī)點(diǎn)上采樣。
EnergyBench采樣模塊接受將采樣頻率作為輸入，然后必須使用不同的采樣頻率多次調(diào)用模塊?；鶞?zhǔn)運(yùn)行期間使用未混淆頻率進(jìn)行多次采樣所生成的采樣點(diǎn)可避免與基準(zhǔn)執(zhí)行產(chǎn)生任何共振。換句話說，假設(shè)每個(gè)基準(zhǔn)的重復(fù)測試大致上都發(fā)生在周期性的間隔內(nèi)，使用未與周期混淆的頻率可確保在每次重復(fù)中進(jìn)行偽隨機(jī)點(diǎn)采樣。該方法易于實(shí)現(xiàn)，并可保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精確性。使用這種靈活的方法可輕松檢測與基準(zhǔn)周期混淆的頻率，因?yàn)檫@將在其中一個(gè)采樣頻率中導(dǎo)致不同的結(jié)果。如果檢測到這種情況，會選擇一組新的未混淆頻率并進(jìn)行測試，直至得到有效結(jié)果。
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