嵌入式設備能耗仿真評測系統技術方案

嵌入式設備能耗仿真評測系統，涉及電子設備的能耗測試技術。本發明專利技術解決了現有的嵌入式系統的仿真系統不能夠對嵌入式系統運行任務的狀態進行能耗仿真的缺陷。本發明專利技術包括用于對輸入參數進行圖形化配置的圖形化配置管理模塊；用于采用基于ADDL的系統級軟硬件進行抽象描述、進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型的設備能耗模型構建模塊；用于模擬產生能耗事件序列的事件發生器；用于將ADDL模型轉換成GSPN模型的模型轉化模塊；用于采用QPME工具載入GSPN模型、從事件序列中選擇加載外部能耗事件、采用QPME工具根據加載的外部事件對GSPN模型進行能耗仿真、獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果的GSPN設備能耗模型仿真模塊。

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及電子設備的能耗測試技術，具體涉及嵌入式系統的能耗測試

技術介紹
嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件和嵌入式軟件系統組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”。其中，嵌入式處理器主要由一個單片機或微控制器(MCU)組成；相關支撐硬件包括顯示卡、存儲介質(ROM和RAM等)、通訊設備、IC卡或信用卡的讀取設備等。嵌入式系統有別于一般的計算機處理系統，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用閃存(Flash Memory)作為存儲介質。嵌入式軟件包括與硬件相關的底層軟件、操作系統、圖形界面、通訊協議、數據庫系統、標準化瀏覽器和應用軟件等。嵌入式系統是應用最廣的計算系統，隨著計算機硬件技術的發展，嵌入式設備的處理能力越來越強；而出于移動性的要求，絕大部分嵌入式設備不具有持久的電源，而是通過電池實現供電。然而有限的電池卻無法滿足越來越強大的計算需求，例如5年前的手機能夠使用一個星期，而現在的智能手機使用2天就必須充電。同時，有源供電的嵌入式系統隨著能源價格的增長，能耗的成本也在飛速上漲。能源問題已成為一個制約嵌入式設備發展的主要因素。由于電池儲能技術的限制，如何有效的利用有限的電池能源，充分的延長嵌入式系統工作的時間已成為不可回避的問題。現有的嵌入式設備的能耗仿真系統多數是硬件底層的仿真系統，該種仿真系統是進行電路級的能耗仿真，這些仿真系統大部分是由硬件開發商設計的，即只能夠針對開發商自己的硬件產品。這類仿真系統是直接與硬件平臺相關的，同時進行仿真時要求設備的能耗參數是已知的，即要求硬件是已設計完成，因而不適合對不存在或正在開發的設備進行仿真，同時也無法實現平臺不相關，無法實現跨平臺的比較。另外，現有的仿真系統只支持硬件的能耗仿真，沒有考慮到軟件對能耗的影響。對于一個正常的嵌入式設備，只有在有任務運行時才是耗能最大的，系統空閑時能耗和有工作負載時的能耗存在很大的差別。同時對于一些處理器，如ARM，其支持多套指令(ARM支持32和16指令工作模式)，不同指令模式下的能耗是不同的(ARM的16為模式能耗要比32模式下很多)，而指令模式的切換經常是由任務需要進行切換的，再如無線通信時的能耗和計算時的能耗是有很大差別的。因而，現有的仿真系統僅僅進行硬件的能耗仿真是不能夠獲得嵌入式系統在工作時的真正能耗的。
技術實現思路
為了解決現有的嵌入式系統的仿真系統不能夠對嵌入式系統運行任務的狀態進行能耗仿真的缺陷，本申請提出了一種能夠在嵌入式系統執行任務的狀態下進行仿真的嵌入式設備能耗仿真評測系統。本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統包括圖形化配置管理模塊、事件發生器、設備能耗模型構建模塊、AADL到GSPN模型轉化模塊和GSPN設備能耗模型仿真模塊，其中圖形化配置管理模塊，用于對事件發生器及設備能耗模型模塊輸入參數的圖形化配置；設備能耗模型構建模塊，用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件的抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型；事件發生器，用于模擬產生能耗事件序列；AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型；GSPN設備能耗模型仿真模塊，用于采用QPME工具載入GSPN模型；還用于從能耗事件序列中選擇加載外部能耗事件；還用于采用QPME工具根據加載的外部能耗事件對GSPN模型進行能耗仿真，獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果。設備能耗模型構建模塊的輸入參數包括嵌入式系統的軟件和硬件架構、組件有限狀態機、系統調度策略、資源分配策略和能耗優化策略。所述嵌入式設備能耗仿真評測系統還包括圖形化結果分析子模塊，該子模塊用于根據GSPN設備能耗模型的仿真結果，圖形化的顯示設備的剩余能量與系統生存時間，各組件消耗的能量，以及執行的事件和最耗能的事件，并可以根據需要選擇決定是否生成仿真曰志.本申請旨在提供一個平臺不相關的系統級的嵌入式系統能耗行為建模、仿真、評估平臺。本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統通過AADL (Architecture Analysisand Design Language,體系結構分析設計語言)實現軟硬件相結合的平臺獨立的系統級硬件描述，并通過GSPN(Generalized Stochastic Petri Net,廣義隨機佩特里網)采用基于 事件的方法進行能耗仿真，實現對不同應用環境，不同負載強度，不同調度策略，不同的硬件架構進行能耗仿真，對系統的設計提供參考，提高設計質量，加速開發速度。本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統通過采用AADL和GSPN實現了一種從系統需求到圖形化描述，再到形式化描述的一種逐步抽象的途徑，并提供了自動化的抽象工具，以屏蔽由復雜的系統理解和抽象過程導致的不確定的認為錯誤和理解偏差。AADL是國際汽車工程師協會(SAE)指導開發的體系結構分析設計語言，其擅長描述嵌入式設備的軟硬件組成與體系架構。Petri網是1960年代由卡爾 A 佩特里提出的嚴格的離散并行系統的數學表述方式，其擅長對異步的、并發的計算機系統模型描述。雖然相關的AADL語言規范和Petri網仿真工具都已經比較成熟。然而AADL缺乏進行數學嚴格的仿真模擬，而Petri網由于過于抽象導致大部分人使用困難。本申請有效的結合了 AADL和Petri網的優點，并屏蔽了各自的缺點，實現一個用戶友好，簡單易用，并且具有嚴格形式化驗證能力的系統。本申請所述的仿真系統采用AADL和GSPN，提出基于事件驅動與狀態轉移的嵌入式設備能耗建模方法，有效的對軟硬件組成相關的嵌入式設備整體能耗狀況進行分析。首先通過對嵌入式設備的耗能事件、耗能行為、耗能狀態進行分析，采用AADL的方法對系統軟硬件進行圖形化系統軟硬件架構和能耗行為的建模描述；再將AADL語言描述的系統自動的轉化為用GSPN描述的抽象4元組模型；然后采用GSPN結合外部事件發生器開展能耗仿真，評測嵌入式設備能耗與系統生存時間。根據本申請所述的仿真系統獲得的評測結果，能夠為不同任務模式、不同應用環境下嵌入式設備的元器件選型、軟硬件架構設計及軟硬件能耗參數優化配置、系統調度和資源分配提供指導，為實現能耗最優的系統設計提供準確可靠的參考。本申請所述的仿真系統是一個平臺不相關的設計仿真驗證工具，無需實體系統實現，可以在設計階段進行系統方案的驗證，在設計階段驗證方案的軟硬件能耗需求，極大的降低了由于方案不合理導致的開發周期加長，開發成本加大的風險。同時通過本申請所述的仿真工具可以驗證在不同應用環境和任務需要下系統的能耗性能及生存時間，這對選夠市場上成型的嵌入式系統，特別是一些無法進行充電的嵌入式設備，如移動傳感器等具有重要的參考價值。降低選夠系統無法滿足生存時間而導致的業務損失風險。附圖說明圖1是本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的架構示意圖。圖2是具體實施方式三所述的基于策略的事件發生器的原理示意圖。圖3是具體實施方式五所述的基于日志的事件發生器的原理示意圖。圖4是具體實施方式七所述的設備能耗模型構建模塊的原理示意圖。圖5是采用ADDL提供的組件定義與擴展的示意圖。圖6是具體實施方式九所述的GSPN設備能耗模型仿真模塊的原理示意本文檔來自技高網...

【技術保護點】
嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，該嵌入式設備能耗仿真評測系統包括圖形化配置管理模塊、事件發生器、設備能耗模型構建模塊、AADL到GSPN模型轉化模塊和GSPN設備能耗模型仿真模塊，其中：圖形化配置管理模塊，用于對事件發生器及設備能耗模型模塊輸入參數的圖形化配置；設備能耗模型構建模塊，用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件的抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型；事件發生器，用于模擬產生能耗事件序列；AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型；GSPN設備能耗模型仿真模塊，用于采用QPME工具載入GSPN模型；還用于從能耗事件序列中選擇加載外部能耗事件；還用于采用QPME工具根據加載的外部能耗事件對GSPN模型進行能耗仿真，獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果。

【技術特征摘要】
1.嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，該嵌入式設備能耗仿真評測系統包括圖形化配置管理模塊、事件發生器、設備能耗模型構建模塊、AADL到GSPN模型轉化模塊和 GSPN設備能耗模型仿真模塊，其中圖形化配置管理模塊，用于對事件發生器及設備能耗模型模塊輸入參數的圖形化配置；設備能耗模型構建模塊，用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件的抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型；事件發生器，用于模擬產生能耗事件序列；AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型；GSPN設備能耗模型仿真模塊，用于采用QPME工具載入GSPN模型；還用于從能耗事件序列中選擇加載外部能耗事件；還用于采用QPME工具根據加載的外部能耗事件對GSPN模型進行能耗仿真，獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果。2.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述設備能耗模型構建模塊的輸入參數包括嵌入式系統的軟件和硬件架構、組件有限狀態機、系統調度策略、資源分配策略和能耗優化策略。3.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，事件發生器用于模擬產生能耗事件序列的過程為根據嵌入式系統的事件發生策略配置參數生成的仿真腳本調用事件發生引擎，進而獲得能耗事件序列。4.根據權利要求3所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述圖形化配置管理模塊，還用于對事件發生器的輸入參數進行圖形化配置，所述事件發生器的輸入參數采用事件發生策略配置模塊產生，事件發生策略配置模塊用于配置影響能耗事件發生頻率的參數。5.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，事件發生器用于模擬產生能耗事件序列的過程為對嵌入式系統的運行事件日志采用日志解析器進行解析，進而獲得能耗事件序列。6.根據權利要求5所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述圖形化配置管理模塊還用于對事件發生器的輸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周海鷹，侯昆明，左德承，李劍巾，李劍，周鵬，謝和平，王媛媛，胡連亞，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：