基于Linux操作系统的嵌入式微处理器节能研究

【摘要】：随着计算机技术、通信技术的迅猛发展以及3C(计算机、通信、消费电子)的融合、三网(广播电视网、电信网、互联网)融合技术的蓬勃发展,嵌入式系统和ARM处理器已被广泛应用到各个领域。其中AT91SAM9G20微处理器广泛用于销售点终端、建筑自动化、安全摄像头以及条形码读出器等场合,但是,这些应用都在一定程度上受到功率的限制。因此,如何进一步降低微处理器的功率消耗已成为一个关键问题。本文针对这一问题,提出了基于Linux操作系统的节能研究方案,该方案利用动态电源管理技术以及根据判断进程队列中的进程数量和当前CPU占有率来改变微处理器主频,同时设计功耗控制模块和编写功耗控制驱动程序,完成了对功耗的控制,最后通过测试程序证明此方案有效可行。在倡导“节能减排,低碳生活”的大环境下,人们有必要从各个方面来考虑降低功率消耗的问题,因此基于Linux系统的微处理器节能研究有着非常重要的意义。 论文作者完成的工作和主要的研究内容如下： 1.熟悉YL-9G20开发板,并在此基础上深入学习了Linux操作系统的裁剪和移植以及从u-boot启动到根文件系统成功挂载的整个过程。 2.深入研读了AT91SAM9G20微处理器的datasheet,充分了解了其中PMC(电源管理控制器)的工作原理。 3.根据提出的节能方案,设计功耗控制模块、编写功耗控制驱动程序,熟悉了驱动开发的整个流程以及VI编辑器和GDB调试器的使用,最后通过测试程序证明了改造后的内核可以正常运行以及功耗控制模块有效可行。 4.论文完成了整个节能方案的研究与功耗控制模块的设计,它们都是行之有效的,通过试验表明,在电源供电的同等条件下,文中的方案可以相当大的降低功率消耗。最后总结了在研究过程中出现的困难和问题,并进行总结展望,对于在研究中得到的经验教训也做了很好的总结。 【关键词】：AT91SAM9G20微处理器 节能 Linux 功耗控制模块 驱动程序
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP316.81;TP368.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 插图清单8-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 论文的研究背景10-13
• 1.1.1 嵌入式微处理器发展现状10-11
• 1.1.2 Linux的发展以及应用11-12
• 1.1.3 节能研究的传统方案12-13
• 1.2 研究课题的意义和内容13-14
• 1.3 本文的组织14-15
• 第二章 AT91SAM9G20和Linux开发概述15-30
• 2.1 AT91SAM9G20微处理器15-20
• 2.1.1 AT91SAM9G20芯片介绍15-16
• 2.1.2 电源管理控制器16-19
• 2.1.3 动态电源管理技术19-20
• 2.2 Linux操作系统分析20-29
• 2.2.1 Linux内核概述21-22
• 2.2.2 Linux进程的相关原理22-25
• 2.2.3 Linux模块概念25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 基于Linux节能内核的分析与设计30-51
• 3.1 Linux 2.6内核的分析与改造30-40
• 3.1.1 原有内核的分析30-33
• 3.1.2 进程转换模型的改造33-35
• 3.1.3 内核源码分析及改造35-40
• 3.2 软件平台的设计与实现40-50
• 3.2.1 交叉编译环境的搭建41-42
• 3.2.2 Bootloader的制作42-44
• 3.2.3 Linux内核的制作和移植44-47
• 3.2.4 Cramfs根文件系统的制作47-50
• 3.2.5 Linux登陆50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 节能研究的测试与分析51-57
• 4.1 功耗控制驱动程序的设计51-53
• 4.2 测试程序设计53-55
• 4.3 测试结果以及分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 研究内容总结57
• 5.2 进一步的研究工作57-59
• 参考文献59-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62

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