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【內容摘要】隨著微電子技術的迅速發展，使得嵌入式系統體系越來越完善。本文分析了嵌入式技術的發展; 嵌入式電子通信設備節能控制系統組成，控制系統主要包括傳輸端、控制端、應用端、終端; 闡述了嵌入式技術在電子通信的電源調度管理、電子通信功耗降低、安全功耗降低、顯示功耗降低等方面的應用實例。
【關鍵詞】嵌入式技術; 電子通信; 節能控制
系統微處理器出現在 20 世紀 70 年代，隨著微處理器的出現使得微型機可以在對象體系中嵌入并且實現對對象體系的智能化控制。最初的嵌入式定義如下: “以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統”。隨著微電子技術的迅速發展，計算機技術和各行各業的相互融合越來越深入，加快了嵌入式技術的應用和發展，也使得嵌入式系統體系越來越完善。嵌入式技術在發展過程中融合了計算機技術、微電子技術及軟件技術等，本文主要研究嵌入式技術在電子通信節能中的應用。
一、嵌入式技術的發展概述
( 一) 微處理器是嵌入式系統的基礎。發展之初的嵌入式技術主要應用在自動化控制、儀表控制及工業裝備等方面，隨著嵌入式技術的發展，當前的嵌入式技術已經應用在了虛擬現實、人臉識別、智能家具、自動駕駛、機器人、智慧城市等多個方面和場景。2010 年之后，嵌入式系統芯片的發展也十分迅速，芯片的復雜度表現出指數升級的現象，出現了應用場景的定制專用處理器。隨著嵌入式技術的發展，為了滿足可信任性、安全性等方面的需求，仍然加強對嵌入式技術的探索。
( 二) 計算機技術是嵌入式系統的核心。嵌入式系統的發展需要計算機軟硬件技術的支撐。微處理器誕生之初形成了以 CPU 為核心、集成各種 I/O 接口的微控制器，在家電及工業控制中快速應用。21 世紀形成了以 CPU、GPU 為核心嵌入式系統，實現了工業的可視化控制。2010 年 形 成 了CPU、DSP、GPU 為核心的可視 化 移 動 通 信 嵌 入 式 系 統，促 進了智能手機的快速發展，出現了智能手機的熱潮。2017 年誕生了神經網絡處理器，該處理器已經應用到了智能手機 So C中，增強了智能手機的智能拍照及人臉識別等功能。技術的創新提升了嵌入式技術的活力，并且豐富了嵌入式系統的功能，提高了嵌入式系統的應用能效。
( 三) 軟件技術是嵌入式系統的靈魂。嵌入式技術的主要特征是軟硬件協同，除了硬件技術之外，軟件技術的發展也十分重要。軟件的編程語言早期以匯編、C 語言為主，現階段已經發展到了 JAVA、C + + 、Python 等編程語言，同時嵌入式系統如嵌入式 Linux、Vx Works 也發展勢頭良好?，F階段，嵌入式軟件以 Android 手機終端生態、以 ROS 機器人生態、以Apollo 無人駕駛生態等為代表，這些嵌入式軟件的發展，為嵌入式系統的應用提供了靈魂。嵌入式系統的發展需要軟件和硬件技術的深度融合，可信軟硬件生態協同設計將成為研究熱點。
二、嵌入式技術在電子通信節能中的應用分析
( 一) 嵌入式電子通信設備節能控制系統框架。嵌入式電子通信設備節能控制系統框架主要包括傳輸端、控制端、應用端、終端。傳輸端的主要作用是實現通信數據的傳輸;控制端主要包括設備控制器，控制端根據嵌入式理論，通過軟硬件相結合的控制方式實現電子通信設備的節能控制; 終端主要包括網關服務器和無線通信設備，主要功能是嵌入式數據的通信和解析; 應用端主要負責對嵌入式通信設備的線路監控、設備監控、環境監控。傳輸端是嵌入式電子通信設備節能控制系統的核心，傳輸端主要包括一個控制芯片，芯片控制不同的嵌入式設備，傳輸端與控制端的鏈接通過不同的總線傳輸接口，如 RS488 總線、RS232 總線等; 網關服務器是傳輸端、控制端、終端、應用端的通信樞紐。應用端獲取嵌入式電子通信設備的數據，數據終端的傳輸協議為 TCP/IP協議。傳輸端的芯片采集電子通信設備的相關運行信息，將這些信息傳輸至設備控制器、處理器，處理器根據設備相應的節能需求下達相應的節能指令。嵌入式電子通信設備節能控制系統的軟件包括多個功能模塊，如用戶界面( 用戶登錄、用戶注冊、系統退出) 、節能控制界面( 節能控制方案、節能控制結果) 、嵌入式設備信息查詢功能模塊、系統使用說明功能模塊等。通過該系統可以實時顯示電子通信設備的運行狀態及節能效果圖。
( 二) 電子通信節能低功耗方案設計。為了實現電子通信節能的低功耗要求，必須根據電子通信設備運行的具體情況實現節能操作。在嵌入式平臺下，設定軟硬件環境及電子通信設備的系統狀態和實施策略?；趯嶋H需求將電子通信設備的運行狀態定義為 On、Sleep、Deep_sleep、Off 四種狀態。當狀態為 On 時，電子通信設備正常運行，設備的用戶程序也全部在運行狀態。當系統狀態為 Sleep 時，設備處于關閉狀態。當系統狀態為 Deep_sleep 時，只有一些特定的硬件處于中斷模式，其余設備全部處于關閉狀態。當系統狀態為Off 時，此時的設備全部處于斷電狀態，功耗為零。如果電子通信設備在某段時間內比較空閑，不需要執行核心功能程序，則可以讓相應的外圍設備停止工作，嵌入式微處理的時鐘信號不停止，此時進入 Sleep 狀態。在 Deep_sleep 狀態下，嵌入式微處理的時鐘信號關閉，節能效果更好。當系統處于 On 狀態時，需要不斷監控嵌入式微處理的運行狀態和通信系統的請求來判定是否讓通信系統進入 Sleep 狀態，Sleep 狀態的功耗水平較低，如果接收到通信請求則通信系統由 Sleep 狀態喚醒到 On 狀態。系統從狀態 On 轉換到 Deep_sleep 需要用戶進行手動觸發。系統處于 Sleep 狀態時，如果 Sleep 狀態保持超過一定的時間閾值則系統可以自動切換到 Deep_sleep 狀態。從 Deep_sleep 喚醒到 On 狀態，必須按照系統啟動的流程從啟動代碼開始運行，并且系統在啟動時，不要重復初始化硬件，否則將會延長系統的喚醒時間。
( 三) 節能效果分析。為了實際分析嵌入式電子通信節能控制系統的節能效果，以基于通信協議的節能控制系統、分布式管理節能控制系統為對比，分析嵌入式電子通信節能控制系統的節能應用效果。選擇 3 臺電子通信設備作為研究對象，3 臺設備正常工作 48h 并記錄相應的能耗，3 臺設備的 實 際 能 耗 分 別 為 5. 164k W • h ( 額 定 功 率 110W ) ，43. 7k W•h ( 額 定 功 率 1k W ) ，1204. 7k W • h ( 額 定 功 率20k W) 。將嵌入式電子通信節能控制系統、基于通信協議的節能控制系統、分布式管理節能控制系統分別應用在上述 3 臺設備中，記錄 48h 的節能控制結果，設備 1 應用嵌入式電子通信節能控制系統后的總能耗為 4. 7112，設備 1 應用基于通信協議的節能控制系統后的總能耗為 4. 9255，設備 1 應用分布式管理節能控制系統后的總能耗 5. 3826; 設備 2 應用嵌入式電子通信節能控制系統后的總能耗為 32. 4，設備 2 應用基于通信協議的節能控制系統后的總能耗為 38. 1，設備 2 應用分布式管理節能控制系統后的總能耗 42. 9; 設備 3 應用嵌入式電子通信節能控制系統后的總能耗為 975. 2，設備 3 應用基于通信協議的節能控制系統后的總能耗為 1032. 7，設備 3 應用分布式管理節能控制系統后的總能耗 1106. 9。根據上述的數據分析可知，設備 1、設備 2、設備 3 應用嵌入式電子通信節能控制系統之后，系統的能耗降低幅度最大，節能控制效果優于基于通信協議的節能控制系統、分布式管理節能控制系統。由此可以判定，嵌入式電子通信節能控制系統可以顯著降低電子通信設備的能耗，節能效果最優。
三、應用舉例分析
( 一) 在電源調度管理中的應用?？刂坪徒档湍芎牡某Ｓ梅绞綖閱蝹€或多個任務處理單元的調度，一些輕量級的嵌入式技術可以關閉電子通信系統中未處于工作狀態的設備，從而降低能耗，實現節能的目的。相關研究已經表明，通過系統進行電源管理至少可以節約 50% 的電力。部分學者已經提出了電池感知靜態調度計劃，通過該計劃可以優化放電功率配置文件，實現變電壓的空閑時間重新分配，降低電池的平均放電率，最終實現節能。在嵌入式 Linux 平臺中，核心處理器及設備的選擇根據實際需求進行，并根據 APM 和 AC-PI 機制，利用 apm 和 acpi 模塊實現電源節能管理。
( 二) 在電子通信功耗降低中的應用。電子通信系統的芯片總線產生功耗的主要來源為無線通信，應用總線編碼技術可以降低控制能耗，同時增加數據的吞吐能力。此外，通過低功耗需求的路由協議移動網絡可以選擇最小功耗協議，提升路徑帶寬。
( 三) 用于降低安全功耗。電子通信中的安全協議包含了復雜的計算，數據傳輸的環境具有不確定性，因此，必然要應用嵌入式安全協議。但是，一些傳統的安全協議嵌入其中往往存在空間存儲空間不足、缺乏有效的計算機單元等問題，再由于電力資源的限制因素，因此需要采用一些低功耗的安全協議。應用嵌入式的低功耗安全協議可以提高低功耗無線傳感器網絡的執行力。
( 四) 用于降低顯示功耗。嵌入式電子通信控制系統在應用過程中，用戶之間的互動十分必要，并且需要借助相應的屏幕實現互動，因此，顯示器會消耗相應的能耗，為了降低能耗目前已經研發出了嵌入式低功耗圖形用戶界面及低功耗人際交互技術。目前應用的手持嵌入式系統主要為 LCD液晶顯示器，為了降低顯示器的能耗，已經開發了低功耗液晶顯示方案，通過對比度和亮度增強背光亮度的明暗技術從而降低功耗。
四、結語
當前嵌入式技術的發展較為迅速，并且廣泛應用，本文主要分析了嵌入式技術在電子通信節能中的應用，分析了嵌入式電子通信設備節能控制系統框架及應用的具體實例，相信隨著嵌入式技術的發展將會不斷提高電子通信設備節能效果。
作者：高敏 單位：陜西國防工業職業技術學院
