嵌入式技术在电子通信节能中的运用

2021-04-04乔莉

信息记录材料 2021年11期

乔莉

（河北北方学院河北张家口 075000）

1 引言

嵌入式技术是一种能将电子设备的软件和硬件结合起来编程独立工作设备的一种计算机系统技术。嵌入式技术因其具有高效性以及多功能的优势特点而被广泛应用于人们的日常工作与生活之中。通过技术人员的高效优化配置，嵌入式技术可以根据不同目标产品对功能方面的要求，满足目标产品多元化的功能需求，旨在用最少的成本来使目标产品实现最佳化的功能效果。而对于电子通信设备来说，嵌入式技术在电子通信设备节能方面表现极为出色，因此目前嵌入式技术在我国电子通信设备节能中的应用较广。嵌入式技术在电子通信设备节能中的应用也使我国电子通信节能系统得到较大发展。

2 嵌入式技术

2.1 技术特点

嵌入式技术在本质上来说是计算机系统的一种特殊表现形式，它能够对不同的应用场景，发挥具有针对性的作用和效果，进而显现对资源的高效利用[1]。多功能性和高效性是嵌入式技术的两个最为明显的特征，嵌入式技术可以实现将电子设备的软硬件结合起来，并根据使用的方式选用适当的计算机技术，使电子设备的软硬件成为产品最为核心的部位，使控制中心能够发挥最大的功效。

2.2 技术优势

能满足不同群体的消费需求以及实现资源的有效利用是嵌入式技术最大优势。首先，嵌入式技术通过技术人员的优化配置，能够在满足产品本身功能需求的同时将资源进行最大化利用，实现用最少成本获取最多的收益；其次，嵌入式技术融合了多种技术，不需要载体就可以实现对产品设备的有效控制运行，换句话来说就是嵌入式技术本身就是产品的核心装置；最后，在产品的目标功能满足方面，嵌入式设备因其具有中央处理器，能够根据产品目标功能进行同一时间多项任务的同时处理，满足产品功能多样性的需求。

3 嵌入式系统低功耗技术分析

嵌入式系统可以简单理解为是一种计算机系统，该系统完全嵌入在受控器件内部，且该系统经过特定的设计，应用于特定的场景。尽管该系统具备计算机的功能，却不是传统意义上的PC系统，其具备体积小、灵活性高等特点，应用领域极其广泛[2]。通常，一个嵌入式系统由操作系统、微处理器、用户应用软件以及外围设备等部分组成，因此可以从硬件以及软件两个方面研究分析其降低功耗的技术。

首先，物理材料是各种硬件设备的基础组成部分，如电池、材料、技术工艺等都是必不可少的。而随着节能课题的深入研究，对于制作材料的要求也在不断提高，越来越多的优质材料被应用到了硬件设备中，这就大大提高了硬件节能降耗的优势。电池在耗能中占很大比例，因此在电池的生产中，不仅要关注电池的续航能力与寿命，还要关注电池的耗能，对其进行低功耗设计。在设计大部分的电子通信设备时，都要重点关注设备的待机时间、续航能力以及省电能力，同时这也是用户所关注的重点。因此，应当不断创新技术工艺，研发更好的嵌入式系统，更新生产技术。例如通过嵌入式微处理器与主板的配合使用，通过关闭与嵌入式应用无关的主板功能从而达到降低功耗的目的；其次，软件部分主要由文件系统、操作系统、图形用户接口等部分组成，在实现硬件降低耗能的同时，也提出了软件低功耗的设计概念。例如，将算法进行优化，将可以省略的计算程序减掉，进而起到降低能耗的效果[3]；最后，嵌入式软件在编写时一般都会采用高级的计算机语言，并且在这个过程中还要对编程以及算法进行不断地完善革新，以达到对操作系统进行优化的目的。简单概括来说，嵌入式系统低功耗是通过保持系统运行中使用到的部分维持正常的能耗，而对暂时处于闲置状态的部分要使其进入到节能状态。因此，嵌入式系统低功耗技术的实现需要设计人员与研发人员不断学习新的技术，对嵌入式系统进行具有创新性的革新。

4 嵌入式技术在电子通信节能中的应用

4.1 用于优化软件电源

交互活动的展开要消耗很多能源，随着交互活动的进行，电子通信系统运行而产生的软件消耗很大程度影响了能源的消耗量。根据相关专家的研究结果可知，在电子通信中的能源消耗能够有效评估部分指令调度的算法，可以对比分析软件性能与能源消耗两大方向的能源导向，进而提出调度算法的多种猜想并加以实验验证。根据实验结果，我们可以判断出同阶段进行性能调度技术和能源消耗在一定程度上具有可行性与合理性。通过仿真实验，我们可以得知，在以性能为导向的基础上，调度算法可以让能源的消耗降低30%以上。由于对于系统的便携性与体积的要求限制，嵌入式系统在日常生活中得到了广泛应用。还有专家提出，采用SymSoft工具流程来改进整合音频解码器算法，减少指令数量以及访问内存的次数，进而降低系统功耗，实现节能的效果[4]。

4.2 用于电源调度管理

调度任务处理单元是降低耗能的常用手法。轻量级的嵌入式技术就可以实现调度任务，关闭不在工作状态的设备。该技术较早改进了对多种任务的调度方式，包含了有限能源与环境资源的调度。通过对电源进行有效管理，能够大幅度节约电力能源，如动态电源管理就是采用直接关闭未投入使用的设备来进行节能，这种方式甚至可以节约一半以上的能源。还有专家提出通过集中分布式电压处理系统单元以及改进电功率配置文件等方式，以电池作为分布式能源直接实时嵌入电池以进入感知状态。这两种调度计划从不同的方向与内容进行优化，让重新安排变电压的空余时间增多，让放电功率曲线更加稳定。然而，实时电源管理有一定的局限性。以往的调度技术主要应用于实时系统和处理器中，此类算法的应用只能对处理器进行处理，应用范围不够广泛，难以应用到其他各种类设备中。

4.3 用于降低显示功耗

用户在电子通信互动中，多数要利用屏幕进行，而显示器的背光源处会产生一部分的能源消耗。对于这一现象，有相关技术研发人员研发和优化了低功耗图形界面技术以及低功耗人际交互嵌入。LED电子显示屏的组成包含了多个小型LED模块化面板，通过对这些模块化面板的组合来实现各类信息的显示功能。随着科技的不断进步与发展，科研人员研究出了更多先进的电子通信设备，如手持电脑、iPad等科技产品走进了千家万户，被广泛使用。而类似于手持电脑以及iPad等一系列设备都可以通过CPU来降低能耗，加大人工交互。

LCD液晶显示器也是一种常见的手持嵌入式系统，由缓冲处理器、背光本、逆变器以及液晶面板组成。程序互动的应用由电源的动态管理实现，然而一些人为因素会造成CPU和内存系统的延迟。一些专家提出了相应的方案，提出通过引进系统级的液晶显示来降低功耗，研发人员基于该方案研发变频刷新，通过深度控制动态色彩、亮度与对比度加大背光亮度的明暗技术来降低功耗，实现节能的目的[5]。

4.4 用于降低安全功耗

安全问题无论在什么时间什么场景，都是要摆在首位的问题。安全协议在电子通信领域中内容的定义较为广泛。电子通信具有交流方位较为广泛、计算难度大、传输的数据较为复杂且敏感、环境因素不确定等特点，这也是安全协议为什么有必要存在，且安全协议内容定义为什么较为广泛的原因[6]。嵌入式的安全协议对存储空间有一定要求，会影响资源限制。要对通信基础设施以及计算机单元方面进行优化，可以从降低安全功耗入手。专家指出，对低功耗分布式无线网下集成方面的微聚合服务，能够让用户的查询更加简便快捷，提高执行与分布在低功耗分布式无线网中的效率，起到节约能源的作用。

4.5 用于降低电子通信功耗

电子通信设备的内芯总线上有无线通信，而无线通信在多数情况下就是造成大量功耗消耗的首要原因。因此，可以采用总线编码技术来提高吞吐量性能与数据延迟，以此来实现能耗的控制。研发人员的实验正是使用嵌入式处理器指令总线低功耗的编码器，通过对编码的优化改进来大大缩短了总线位置指令的过渡阶段。除了总线变换活动能够造成能源消耗之外，相互连接的多个总线活动也是产生能源消耗的原因。大量的专家学者通过研究得出，改变总线位活动能够使总线的能源消耗变小，甚至能够降低总线的能源消耗范围，大约能控制在原有能源消耗的70%左右。研究人员除了对总线位活动方面进行研究外，还有部分研究人员对路由协议方向进行了研究，对移动网络设计进行了实验，提出了通过寻找较高的宽带，改进发现路径等方式来实现降低功耗。通过使用中继模式与LRR路由协议来减少通信过程中路由请求的数量与改进宽带，以实现整体功耗额降低，实现电子通信的节能[7]。