嵌入式设备能耗仿真评测系统技术方案

嵌入式设备能耗仿真评测系统，涉及电子设备的能耗测试技术。本发明专利技术解决了现有的嵌入式系统的仿真系统不能够对嵌入式系统运行任务的状态进行能耗仿真的缺陷。本发明专利技术包括用于对输入参数进行图形化配置的图形化配置管理模块；用于采用基于ADDL的系统级软硬件进行抽象描述、进而获得嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型的设备能耗模型构建模块；用于模拟产生能耗事件序列的事件发生器；用于将ADDL模型转换成GSPN模型的模型转化模块；用于采用QPME工具载入GSPN模型、从事件序列中选择加载外部能耗事件、采用QPME工具根据加载的外部事件对GSPN模型进行能耗仿真、获得嵌入式系统的剩余能量和系统生存时间的仿真结果的GSPN设备能耗模型仿真模块。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及电子设备的能耗测试技术，具体涉及嵌入式系统的能耗测试

技术介绍
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。其中，嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成；相关支撑硬件包括显示卡、存储介质(ROM和RAM等)、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存(Flash Memory)作为存储介质。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通讯协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。嵌入式系统是应用最广的计算系统，随着计算机硬件技术的发展，嵌入式设备的处理能力越来越强；而出于移动性的要求，绝大部分嵌入式设备不具有持久的电源，而是通过电池实现供电。然而有限的电池却无法满足越来越强大的计算需求，例如5年前的手机能够使用一个星期，而现在的智能手机使用2天就必须充电。同时，有源供电的嵌入式系统随着能源价格的增长，能耗的成本也在飞速上涨。能源问题已成为一个制约嵌入式设备发展的主要因素。由于电池储能技术的限制，如何有效的利用有限的电池能源，充分的延长嵌入式系统工作的时间已成为不可回避的问题。现有的嵌入式设备的能耗仿真系统多数是硬件底层的仿真系统，该种仿真系统是进行电路级的能耗仿真，这些仿真系统大部分是由硬件开发商设计的，即只能够针对开发商自己的硬件产品。这类仿真系统是直接与硬件平台相关的，同时进行仿真时要求设备的能耗参数是已知的，即要求硬件是已设计完成，因而不适合对不存在或正在开发的设备进行仿真，同时也无法实现平台不相关，无法实现跨平台的比较。另外，现有的仿真系统只支持硬件的能耗仿真，没有考虑到软件对能耗的影响。对于一个正常的嵌入式设备，只有在有任务运行时才是耗能最大的，系统空闲时能耗和有工作负载时的能耗存在很大的差别。同时对于一些处理器，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为模式能耗要比32模式下很多)，而指令模式的切换经常是由任务需要进行切换的，再如无线通信时的能耗和计算时的能耗是有很大差别的。因而，现有的仿真系统仅仅进行硬件的能耗仿真是不能够获得嵌入式系统在工作时的真正能耗的。
技术实现思路
为了解决现有的嵌入式系统的仿真系统不能够对嵌入式系统运行任务的状态进行能耗仿真的缺陷，本申请提出了一种能够在嵌入式系统执行任务的状态下进行仿真的嵌入式设备能耗仿真评测系统。本申请所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统包括图形化配置管理模块、事件发生器、设备能耗模型构建模块、AADL到GSPN模型转化模块和GSPN设备能耗模型仿真模块，其中图形化配置管理模块，用于对事件发生器及设备能耗模型模块输入参数的图形化配置；设备能耗模型构建模块，用于根据图形化配置管理模块配置的参数、采用基于ADDL的系统级软硬件的抽象描述，进而获得嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型；事件发生器，用于模拟产生能耗事件序列；AADL到GSPN模型转化模块，用于将嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型转换成GSPN模型；GSPN设备能耗模型仿真模块，用于采用QPME工具载入GSPN模型；还用于从能耗事件序列中选择加载外部能耗事件；还用于采用QPME工具根据加载的外部能耗事件对GSPN模型进行能耗仿真，获得嵌入式系统的剩余能量和系统生存时间的仿真结果。设备能耗模型构建模块的输入参数包括嵌入式系统的软件和硬件架构、组件有限状态机、系统调度策略、资源分配策略和能耗优化策略。所述嵌入式设备能耗仿真评测系统还包括图形化结果分析子模块，该子模块用于根据GSPN设备能耗模型的仿真结果，图形化的显示设备的剩余能量与系统生存时间，各组件消耗的能量，以及执行的事件和最耗能的事件，并可以根据需要选择决定是否生成仿真曰志.本申请旨在提供一个平台不相关的系统级的嵌入式系统能耗行为建模、仿真、评估平台。本申请所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统通过AADL (Architecture Analysisand Design Language,体系结构分析设计语言)实现软硬件相结合的平台独立的系统级硬件描述，并通过GSPN(Generalized Stochastic Petri Net,广义随机佩特里网)采用基于 事件的方法进行能耗仿真，实现对不同应用环境，不同负载强度，不同调度策略，不同的硬件架构进行能耗仿真，对系统的设计提供参考，提高设计质量，加速开发速度。本申请所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统通过采用AADL和GSPN实现了一种从系统需求到图形化描述，再到形式化描述的一种逐步抽象的途径，并提供了自动化的抽象工具，以屏蔽由复杂的系统理解和抽象过程导致的不确定的认为错误和理解偏差。AADL是国际汽车工程师协会(SAE)指导开发的体系结构分析设计语言，其擅长描述嵌入式设备的软硬件组成与体系架构。Petri网是1960年代由卡尔 A 佩特里提出的严格的离散并行系统的数学表述方式，其擅长对异步的、并发的计算机系统模型描述。虽然相关的AADL语言规范和Petri网仿真工具都已经比较成熟。然而AADL缺乏进行数学严格的仿真模拟，而Petri网由于过于抽象导致大部分人使用困难。本申请有效的结合了 AADL和Petri网的优点，并屏蔽了各自的缺点，实现一个用户友好，简单易用，并且具有严格形式化验证能力的系统。本申请所述的仿真系统采用AADL和GSPN，提出基于事件驱动与状态转移的嵌入式设备能耗建模方法，有效的对软硬件组成相关的嵌入式设备整体能耗状况进行分析。首先通过对嵌入式设备的耗能事件、耗能行为、耗能状态进行分析，采用AADL的方法对系统软硬件进行图形化系统软硬件架构和能耗行为的建模描述；再将AADL语言描述的系统自动的转化为用GSPN描述的抽象4元组模型；然后采用GSPN结合外部事件发生器开展能耗仿真，评测嵌入式设备能耗与系统生存时间。根据本申请所述的仿真系统获得的评测结果，能够为不同任务模式、不同应用环境下嵌入式设备的元器件选型、软硬件架构设计及软硬件能耗参数优化配置、系统调度和资源分配提供指导，为实现能耗最优的系统设计提供准确可靠的参考。本申请所述的仿真系统是一个平台不相关的设计仿真验证工具，无需实体系统实现，可以在设计阶段进行系统方案的验证，在设计阶段验证方案的软硬件能耗需求，极大的降低了由于方案不合理导致的开发周期加长，开发成本加大的风险。同时通过本申请所述的仿真工具可以验证在不同应用环境和任务需要下系统的能耗性能及生存时间，这对选够市场上成型的嵌入式系统，特别是一些无法进行充电的嵌入式设备，如移动传感器等具有重要的参考价值。降低选够系统无法满足生存时间而导致的业务损失风险。附图说明图1是本申请所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统的架构示意图。图2是具体实施方式三所述的基于策略的事件发生器的原理示意图。图3是具体实施方式五所述的基于日志的事件发生器的原理示意图。图4是具体实施方式七所述的设备能耗模型构建模块的原理示意图。图5是采用ADDL提供的组件定义与扩展的示意图。图6是具体实施方式九所述的GSPN设备能耗模型仿真模块的原理示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，该嵌入式设备能耗仿真评测系统包括图形化配置管理模块、事件发生器、设备能耗模型构建模块、AADL到GSPN模型转化模块和GSPN设备能耗模型仿真模块，其中：图形化配置管理模块，用于对事件发生器及设备能耗模型模块输入参数的图形化配置；设备能耗模型构建模块，用于根据图形化配置管理模块配置的参数、采用基于ADDL的系统级软硬件的抽象描述，进而获得嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型；事件发生器，用于模拟产生能耗事件序列；AADL到GSPN模型转化模块，用于将嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型转换成GSPN模型；GSPN设备能耗模型仿真模块，用于采用QPME工具载入GSPN模型；还用于从能耗事件序列中选择加载外部能耗事件；还用于采用QPME工具根据加载的外部能耗事件对GSPN模型进行能耗仿真，获得嵌入式系统的剩余能量和系统生存时间的仿真结果。

【技术特征摘要】
1.嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，该嵌入式设备能耗仿真评测系统包括图形化配置管理模块、事件发生器、设备能耗模型构建模块、AADL到GSPN模型转化模块和 GSPN设备能耗模型仿真模块，其中图形化配置管理模块，用于对事件发生器及设备能耗模型模块输入参数的图形化配置；设备能耗模型构建模块，用于根据图形化配置管理模块配置的参数、采用基于ADDL的系统级软硬件的抽象描述，进而获得嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型；事件发生器，用于模拟产生能耗事件序列；AADL到GSPN模型转化模块，用于将嵌入式系统软硬件的ADDL描述模型转换成GSPN模型；GSPN设备能耗模型仿真模块，用于采用QPME工具载入GSPN模型；还用于从能耗事件序列中选择加载外部能耗事件；还用于采用QPME工具根据加载的外部能耗事件对GSPN模型进行能耗仿真，获得嵌入式系统的剩余能量和系统生存时间的仿真结果。2.根据权利要求1所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，所述设备能耗模型构建模块的输入参数包括嵌入式系统的软件和硬件架构、组件有限状态机、系统调度策略、资源分配策略和能耗优化策略。3.根据权利要求1所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，事件发生器用于模拟产生能耗事件序列的过程为根据嵌入式系统的事件发生策略配置参数生成的仿真脚本调用事件发生引擎，进而获得能耗事件序列。4.根据权利要求3所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，所述图形化配置管理模块，还用于对事件发生器的输入参数进行图形化配置，所述事件发生器的输入参数采用事件发生策略配置模块产生，事件发生策略配置模块用于配置影响能耗事件发生频率的参数。5.根据权利要求1所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，事件发生器用于模拟产生能耗事件序列的过程为对嵌入式系统的运行事件日志采用日志解析器进行解析，进而获得能耗事件序列。6.根据权利要求5所述的嵌入式设备能耗仿真评测系统，其特征在于，所述图形化配置管理模块还用于对事件发生器的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海鹰，侯昆明，左德承，李剑巾，李剑，周鹏，谢和平，王媛媛，胡连亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：