CN101984640B - 基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法 - Google Patents

Abstract

基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，属于手机平台能耗测量的技术领域。包括以下步骤：在手机中安装DAQ信号采集器，并进行DAQ测量；在应用程序中对DAQ进行驱动，进行实时数据采集；在LabVIEW程序中对采集的测量值进行分析；4)计算测量结果的可靠性，并显示测量结果。本发明通过DAQ读取能耗测量值，软件命令运行驱动程序，测量板上的电压和温度值。LabVIEW软件平台采样能耗信息，通过分析模式分析出最终的能耗值，在动态调频代码段运行过程中，通过动态调频技术对处理器和主存的执行频率进行相应的设置，使动态调频代码段运行在更有利于系统节能的目的频率上。可以用于任何提供了处理器和主存频率调节支持的系统上，具有良好的简洁性和针对性。

Description

基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法

技术领域

本发明属于手机平台能耗测量的技术领域，具体涉及一种基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法。

背景技术

Android为Google开发的基于Linux内核的开源手机操作系统，2007年11月开放手机联盟(Open Handset Alliance)的成立正式宣布了Android的诞生，在2008年10月正式投入市场。目前中国移动的OPhone及其OMS(Open MobileSystem)就是基于Android深度定制的实际产品。Android是一个开源手机操作系统，它不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍，是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动操作系统。在全世界范围内，Moto、HTC(多普达)、联想、三星等众多公司都已经推出Android手机产品和上网本产品，而且有越来越多加速上升的趋势。

Android的完全开源性给每个开发者提供了开发创新软件的平台。Google已经开发好的大量现成的应用软件，同时可以直接使用Google很多的在线服务。Google提供了基于Eclipse的完整开发环境，模拟器，文档，帮助，示例。同时，Android可以紧密的与Gmail、Google Maps等其他Google服务结合，给用户提供了便捷的同步和网络服务，是云计算模式的成功模型之一。Android市场是Android应用程序下载和发布的平台，为用户和开发者提供了便利的发布和下载方式。

凌动是英特尔的一个处理器系列，处理器采用45纳米工艺制造，集成4700万个晶体管。L2缓存为512KB，支援SSE3指令集，和VT虚拟化技术。与一般的桌面处理器不同，凌动处理器采用顺序执行设计，这样做可以减少电晶体的数量。为了弥补性能较差的问题，凌动处理器的起跳频率会较高。

英特尔正在智能手机中推广凌动处理器，并且已经成功将Android移植到凌动平台，此次将android移植到凌动手机上是整个策略中的一部分。智能手机的每种处理器架构都需要专门的软件，英特尔凌动采用X86架构，而ARM芯片则采用RISC架构。然而，英特尔的X86结构指令结构复杂，因此芯片结构也比较复杂，能耗过大一直是X86结构难以进入嵌入式领域的关键瓶颈。研究嵌入式平台的能耗测量方法，对X86架构能否顺利进入嵌入式平台，尤其是手机平台领域具有极其重要的意义。

凌动处理器中的每个组件都提供了测量能耗的电阻，只需要测量电阻中的电压，就可以计算出该组件的实际能耗。虽然这种方法理论上可行，但由于实际操作非常复杂，需要使用精确的万用表人工测量电压数据，并且人工对这些数据进行处理。

为解决上述问题，嵌入式微处理器测试基准协会(EEMBC)发明了一种软件工具，显示在运行特定应用负载时处理器的实际功耗。该软件名为EnergyBench，设计者可以利用它和协会其他性能标准共同确定各种处理器在执行一系列以应用为核心的标准化任务时的功耗。利用与全套性能测试直接相关的功耗测量标准，设计者可以比较不同厂家产品的性能/功耗状况，并从中挑选出特定应用条件和功耗预算下最切合需要的处理器产品。

EnergyBench最重要的启示之一是根本不存在所谓的“典型功耗”，因为嵌入式微处理器测试基准协会在数字娱乐、联网和自动控制等基准套件的目标应用领域驱动内核时所需的平均功耗数据差异极大。EnergyBench并未试图就某种特定器件达成放之四海而皆准的虚幻的“典型功耗”，而是关注在特定的性能水平上，某一种算法或者应用程序所需的典型功耗。

然而，目前EEMBC还有没有推出适用于Android系统的软件，因此推出符合EEMBC标准的凌动应用于Android手机平台的能耗测量的软件是业界的迫切需求之

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于凌动处理器的Android手机平台能耗测量方法的技术方案，可用于任何提供了处理器和主存频率调节支持的系统上，具有良好的简洁性和针对性。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在手机中安装DAQ信号采集器，并进行DAQ测量；

2)在应用程序中对DAQ进行驱动，进行实时数据采集；

3)在LabVIEW程序中对采集的测量值进行分析；

4)计算测量结果的可靠性，并显示测量结果。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于安装DAQ信号采集器需要首先安装应用程序和驱动程序，然后根据DAQ上的引脚和附带的安装说明，对DAQ的外部设备进行安装，最后运行MAX程序，对安装的设备和接口进行确认，最后进行自校准工作，如果提示成功，则DAQ的安装工作完成。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于DAQ测量以任务为计量单位，即要执行的测量或信号生成任务，首先在MAX中新建一个任务，然后选择采集信号或生成信号，选择I/O类型，便完成了一个任务的创建。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于步骤2)中所述在应用程序中对DAQ进行驱动，采用了调用动态链接库函数(adcard.dll)的方法进行驱动，并分别在单缓冲区方式和多缓冲区方式下进行实时数据采集。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于LabVIEW程序中对采集的测量量进行分析，测量的过程可分为数据采集，数据分析，和数据显示三个主要部分，首先运行可执行程序benchmark，可以同时测量一条、两条或三条功率轨的功耗状况，使用数据采集卡同时测量多条功率轨的功耗状况，所有通道都以相同的速率进行采样，因此需要降低数据采集卡的采样速率，以匹配主机的采样能力；为确保测量结果可以重复，分别对功率轨进行测量，各功率轨的平均功耗之和即等于累计总能耗量；

基准程序经多次迭代获取测量样本后，分析模块即开始分析，寻找其中的关键细节，分析捕获的样本，确定基准程序每次迭代的平均功耗，找到最低和最高功耗样本；先计算基准程序每次迭代功耗样本的几何平均值，并乘以迭代时间得出最后的结果。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于步骤4)中所述计算测量结果的可靠性，测试的最终结果是负载迭代的平均能耗，可靠性验证须测试下列数值：1.特定采样频率区间内的变化(置信区间须达到95％)；2.频率间报告能耗的变化；3.反复调用基准程序时报告能耗的变化。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于步骤4)中所述显示测量结果，通过ANSI C的标准输入输出，显示计算出的最终的负载迭代的平均能耗。

所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于如果特定采样频率区间内变化过大，用户可以加大频率和/或基准程序迭代数，直至采集到足够的样本，以使平均值的置信区间达到规定的95％，如果两采样频率之间变化过大，可以改变采样频率。

本发明通过DAQ读取能耗测量值，通过软件命令运行驱动程序，精确的测量板上的电压和温度值。然后通过LabVIEW软件平台采样能耗信息，并将结果写入磁盘，最后通过分析模式分析出最终的能耗值。在动态调频代码段运行过程中，通过动态调频技术对处理器和主存的执行频率进行相应的设置，综合考虑两者的能耗，使动态调频代码段运行在更有利于系统节能的目的频率上。本发明可以用于任何提供了处理器和主存频率调节支持的系统上，具有良好的简洁性和针对性。

(1)简洁性。如果不调用EEMBC提供的硬件封装层的能耗测量函数，可通过万用表直接测量板子感应电阻的电压，然而这种测量方法测量步骤十分复杂，并且测量精度很低，并不适宜推广。

(2)针对性。由于通过测量感应电阻电压的方法过于复杂，所以EEMBC规定嵌入式设备必须提供硬件抽象层，并提供查询能耗的系统调用。不仅如此，EEMBC甚至还未所有的能耗测量软件规定了统一的GUI。基于EEMBC的规范，提出针对凌动应用于android手机平台的能耗测量方法，弥补了EEMBC工作的空白，具有很好的针对性。

附图说明

图1为在LabVIEW程序中对采集的测量量进行分析的流程图。

具体实施方式

具体的实施方式是采用通过DAQ(DAQ-模拟量数据采集卡)读取能耗测量值，通过软件命令运行驱动程序，精确的测量板上的电压和温度值。然后通过LabVIEW软件平台采样能耗信息，并将结果写入磁盘，最后通过分析模式分析出最终的能耗值，下面详细说明这个过程。

安装DAQ信号采集器。为了确保DAQ设备正常工作，需要首先安装应用程序和驱动程序，然后根据DAQ上的引脚和附带的安装说明，对DAQ的外部设备进行安装，最后运行MAX程序，对安装的设备和接口进行确认，最后进行自校准工作，如果提示成功，则DAQ的安装工作完成。

进行DAQ测量。DAQ中的测量以任务为计量单位，理论上，任务就是要执行的测量或信号生成任务，首先在MAX中新建一个任务，然后选择采集信号或生成信号，选择I/O类型，比如模拟输入，和测量类型，比如电压，便完成了一个任务的创建。DAQ可以进行精确的测量工作，通过同步采集4个差分输入的AI通道，差分输入的应用可以抑制噪声；DAQ提供具有波形发生功能的2通道的12位模拟输出，并可以进行自动校准，通过软件命令运行驱动程序，可以精确的测量板上的电压和温度值。

在应用程序中对DAQ进行驱动，进行实时数据采集。在虚拟仪器集成环境LabVIEW中，对模拟量数据采集卡DAQ进行驱动的有三种方法，包括直接用Inport和Outport图标编程、利用CodeInterfaceNode(CIN)图标调用C语言编写的代码以及利用CallLibraryFunctions图标调用数据采集卡的动态链接库函数。本专利采用了调用动态链接库函数(adcard.dll)的方法驱动，分别在单缓冲区方式和多缓冲区方式下进行实时数据采集。LabVIEW软件平台可以创建采样模块获取能耗信息，对定义触发方式和预期电压范围的配置文件进行读取；该采样模块连接到数据采集卡，在运行基准测试的同时采集电压及电流信息，所采信息在收到开始信号后即行写入磁盘，收到结束信号后停止。为减少可能发生的用户错误，EEMBC为嵌入式能耗测量软件提供统一的用户界面，以采集必要的数据。

在LabVIEW程序中对采集的测量量进行分析，其分析过程如图1所示。测量的过程可分为数据采集，数据分析，和数据显示三个主要部分。首先运行可执行程序benchmark，可以同时测量一条、两条或三条功率轨的功耗状况。使用数据采集卡同时测量多条功率轨的功耗状况，所有通道都以相同的速率进行采样，因此可能需要降低数据采集卡的采样速率，以匹配主机的采样能力。此外，由于确保测量结果可以重复，因此可以分别对功率轨进行测量，这种情况下各功率轨的平均功耗之和即等于累计总能耗量。

基准程序经多次迭代获取测量样本后，分析模块即开始分析，寻找其中的关键细节。嵌入式微处理器测试基准协会功耗分析模块分析捕获的样本，确定基准程序每次迭代的平均功耗，找到最低和最高功耗样本。计算功耗须先计算基准程序每次迭代功耗样本的几何平均值，并乘以迭代时间得出最后的结果。某些情况下，可能会出现基准程序迭代过速，以致于功耗样本的出现赶不上基准程序迭代的速度。在这种情况下，必须先分析至少100个样本，再计算该段时间内所有迭代的平均能耗。

计算测量结果的可靠性。测试的最终结果是负载迭代的平均能耗。可靠性验证须测试下列数值：1.特定采样频率区间内的变化(置信区间须达到95％)2.频率间报告能耗的变化3.反复调用基准程序时报告能耗的变化。

如果特定采样频率区间内变化过大，用户可以加大频率和/或基准程序迭代数，直至采集到足够的样本，以使平均值的置信区间达到规定的95％。如果两采样频率之间变化过大，可以改变采样频率。

如果各次调用结果相差过大，可能由于线路噪音过大，需要采取减噪措施。另外一种可能是在基准程序运行时处理器在大部分时间内还在执行除基准程序以外的其他任务，否则计算算数平均数作为功耗的最终测量值。

显示测量的结果。可以通过ANSI C的标准输入输出，显示计算出的最终的负载迭代的平均能耗。

Claims (6)

1.基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在手机中安装DAQ信号采集器，并进行DAQ测量；

2）在应用程序中对DAQ进行驱动，进行实时数据采集，

采用了调用动态链接库函数adcard.dll的方法对DAQ进行驱动,并分别在单缓冲区方式和多缓冲区方式下进行实时数据采集，利用LabVIEW软件平台创建采样模块获取能耗信息，对定义触发方式和预期电压范围的配置文件进行读取，将该采样模块连接到DAQ，在运行基准测试的同时采集电压及电流信息，所采信息在收到开始信号后即行写入磁盘，收到结束信号后停止；

3）在LabVIEW程序中对采集的测量值进行分析；

4）计算测量结果的可靠性，并显示测量结果，

LabVIEW程序中对采集的测量量进行分析，测量的过程可分为数据采集，数据分析，和数据显示三个主要部分，首先运行可执行程序benchmark,可以同时测量一条、两条或三条功率轨的功耗状况，使用数据采集卡同时测量多条功率轨的功耗状况，所有通道都以相同的速率进行采样，因此需要降低数据采集卡的采样速率，以匹配主机的采样能力；为确保测量结果可以重复，分别对功率轨进行测量，各功率轨的平均功耗之和即等于累计总能耗量；

基准程序经多次迭代获取测量样本后，分析模块即开始分析，寻找其中的关键细节，分析捕获的样本，确定基准程序每次迭代的平均功耗，找到最低和最高功耗样本；先计算基准程序每次迭代功耗样本的几何平均值，并乘以迭代时间得出最后的结果。

2.如权利要求1所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于安装DAQ信号采集器需要首先安装应用程序和驱动程序，然后根据DAQ上的引脚和附带的安装说明，对DAQ的外部设备进行安装，最后运行MAX程序，对安装的设备和接口进行确认，最后进行自校准工作，如果提示成功，则DAQ的安装工作完成。

3.如权利要求2所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于DAQ测量以任务为计量单位，即要执行的测量或信号生成任务，首先在MAX中新建一个任务，然后选择采集信号或生成信号，选择I/O类型，便完成了一个任务的创建。

4.如权利要求1所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于步骤4）中所述计算测量结果的可靠性，测试的最终结果是负载迭代的平均能耗，可靠性验证须测试下列数值：1.特定采样频率区间内的变化，其中置信区间须达到95%；2.频率间报告能耗的变化；3.反复调用基准程序时报告能耗的变化。

5.如权利要求1所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于步骤4）中所述显示测量结果，通过ANSI C的标准输入输出，显示计算出的最终的负载迭代的平均能耗。

6.如权利要求4所述的基于凌动处理器的Android手机平台的能耗测量方法，其特征在于如果特定采样频率区间内变化过大，用户可以加大频率和/或基准程序迭代数，直至采集到足够的样本，以使平均值的置信区间达到规定的95%，如果两采样频率之间变化过大，可以改变采样频率。