摘要: CMOS技术是现代计算机系统的基础，CMOS的尺度缩放（MOS Scaling）不断推动着计算机性能的提高。CMOS技术的发展面临着越来越严峻的问题，系统功耗问题就是亟待解决的问题之一。功耗的急剧增加提高了芯片的封装和制冷成本。高温环境下运行增加了芯片的失效率，导致计算机系统的稳定性下降。嵌入式移动计算技术是芯片行业最活跃的领域，嵌入式的移动设备往往依靠电池供电，电池的供电时间是它们的重要参数之一。与半导体技术的发展速度相比电池技术发展慢的多，未来的移动设备必须在有限能源供应下发挥更大的效能，这对系统功耗提出了很高的要求。同时IT行业的设备消耗了大量能量，并且能源消耗呈现逐年增长的趋势。大量的能源消耗要求系统采用有效的能量管理策略提高能源的使用效率，不管是嵌入式移动设备还是桌面系统，功耗问题都是十分重要的问题。从底层的电路技术，到逻辑技术、体系结构技术，以及高层的软件技术，出现了各种全新的方法用于解决系统的功耗问题。动态电压调节是体系结构层的低功耗技术，由于系统运行的能量消耗与运行电压成平方关系，在运行期间动态改变系统电压可以极大的降低系统的功耗。电压调节策略决定了电压调节的效果。电压调节可以完全采用硬件预测技术实现，预测硬件准确性低，还可能增加系统功耗。软件策略是更好的解决途径，操作系统具有系统的全局任务信息，可以使用操作系统根据负载状况动态调整电压，这没有硬件预测开销，相对准确。操作系统通过多任务间的调度来实现电压调节，而单个任务的执行时间同样存在很大的不确定性，在任务执行期间动态调整系统电压，仍然存在很大节能空间。并且在实时嵌入式系统环境下，如果只有单个任务执行，操作系统不能通过任务调度调节电压。完成任务内的电压调节需要借助于编译技术，在程序内部插入电压调节点，根据当前时间和任务的运行需求调整电压。编译指导的动态电压调节需要在程序恰当的位置设置电压调节点调整系统电压和频率，调节点的配置对结果能量消耗影响很大，适当的调节点配置能够更好的节省能量消耗。尽管以往存在大量的动态电压调节方法的研究，但是很少涉及最优化的调节点配置方法。本文建立了动态电压调节的分析模型，证明了无电压调节开销情况下启发性的x0配置是最优的调节点配置，试验模拟进一步验证了x0配置是最优的调节点配置方法。本文的第二部分介绍动态电压调节相关的研究工作，第三部分总结了相关术语，第四部分给出动态电压调节的分析模型，证明了x0配置是最优的调节点配置，第五部分通过仿真进一步验证了上述结论，最后是结论部分。