專利名稱：嵌入式設備能耗仿真評測系統的制作方法
技術領域：
本申請涉及電子設備的能耗測試技術，具體涉及嵌入式系統的能耗測試技術領域。
背景技術：
嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件和嵌入式軟件系統組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”。其中，嵌入式處理器主要由一個單片機或微控制器(MCU)組成；相關支撐硬件包括顯示卡、存儲介質(ROM和RAM等)、通訊設備、IC卡或信用卡的讀取設備等。嵌入式系統有別于一般的計算機處理系統，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用閃存(Flash Memory)作為存儲介質。嵌入式軟件包括與硬件相關的底層軟件、操作系統、圖形界面、通訊協議、數據庫系統、標準化瀏覽器和應用軟件等。嵌入式系統是應用最廣的計算系統，隨著計算機硬件技術的發展，嵌入式設備的處理能力越來越強；而出于移動性的要求，絕大部分嵌入式設備不具有持久的電源，而是通過電池實現供電。然而有限的電池卻無法滿足越來越強大的計算需求，例如5年前的手機能夠使用一個星期，而現在的智能手機使用2天就必須充電。同時，有源供電的嵌入式系統隨著能源價格的增長，能耗的成本也在飛速上漲。能源問題已成為一個制約嵌入式設備發展的主要因素。由于電池儲能技術的限制，如何有效的利用有限的電池能源，充分的延長嵌入式系統工作的時間已成為不可回避的問題。現有的嵌入式設備的能耗仿真系統多數是硬件底層的仿真系統，該種仿真系統是進行電路級的能耗仿真，這些仿真系統大部分是由硬件開發商設計的，即只能夠針對開發商自己的硬件產品。這類仿真系統是直接與硬件平臺相關的，同時進行仿真時要求設備的能耗參數是已知的，即要求硬件是已設計完成，因而不適合對不存在或正在開發的設備進行仿真，同時也無法實現平臺不相關，無法實現跨平臺的比較。另外，現有的仿真系統只支持硬件的能耗仿真，沒有考慮到軟件對能耗的影響。對于一個正常的嵌入式設備，只有在有任務運行時才是耗能最大的，系統空閑時能耗和有工作負載時的能耗存在很大的差別。同時對于一些處理器，如ARM，其支持多套指令(ARM支持32和16指令工作模式)，不同指令模式下的能耗是不同的(ARM的16為模式能耗要比32模式下很多)，而指令模式的切換經常是由任務需要進行切換的，再如無線通信時的能耗和計算時的能耗是有很大差別的。因而，現有的仿真系統僅僅進行硬件的能耗仿真是不能夠獲得嵌入式系統在工作時的真正能耗的。

發明內容
為了解決現有的嵌入式系統的仿真系統不能夠對嵌入式系統運行任務的狀態進行能耗仿真的缺陷，本申請提出了一種能夠在嵌入式系統執行任務的狀態下進行仿真的嵌入式設備能耗仿真評測系統。本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統包括圖形化配置管理模塊、事件發生器、設備能耗模型構建模塊、AADL到GSPN模型轉化模塊和GSPN設備能耗模型仿真模塊，其中圖形化配置管理模塊，用于對事件發生器及設備能耗模型模塊輸入參數的圖形化配置；設備能耗模型構建模塊，用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件的抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型；事件發生器，用于模擬產生能耗事件序列；AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型；GSPN設備能耗模型仿真模塊，用于采用QPME工具載入GSPN模型；還用于從能耗事件序列中選擇加載外部能耗事件；還用于采用QPME工具根據加載的外部能耗事件對GSPN模型進行能耗仿真，獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果。設備能耗模型構建模塊的輸入參數包括嵌入式系統的軟件和硬件架構、組件有限狀態機、系統調度策略、資源分配策略和能耗優化策略。所述嵌入式設備能耗仿真評測系統還包括圖形化結果分析子模塊，該子模塊用于根據GSPN設備能耗模型的仿真結果，圖形化的顯示設備的剩余能量與系統生存時間，各組件消耗的能量，以及執行的事件和最耗能的事件，并可以根據需要選擇決定是否生成仿真曰志.本申請旨在提供一個平臺不相關的系統級的嵌入式系統能耗行為建模、仿真、評估平臺。本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統通過AADL (Architecture Analysisand Design Language,體系結構分析設計語言)實現軟硬件相結合的平臺獨立的系統級硬件描述，并通過GSPN(Generalized Stochastic Petri Net,廣義隨機佩特里網)采用基于 事件的方法進行能耗仿真，實現對不同應用環境，不同負載強度，不同調度策略，不同的硬件架構進行能耗仿真，對系統的設計提供參考，提高設計質量，加速開發速度。本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統通過采用AADL和GSPN實現了一種從系統需求到圖形化描述，再到形式化描述的一種逐步抽象的途徑，并提供了自動化的抽象工具，以屏蔽由復雜的系統理解和抽象過程導致的不確定的認為錯誤和理解偏差。AADL是國際汽車工程師協會(SAE)指導開發的體系結構分析設計語言，其擅長描述嵌入式設備的軟硬件組成與體系架構。Petri網是1960年代由卡爾 A 佩特里提出的嚴格的離散并行系統的數學表述方式，其擅長對異步的、并發的計算機系統模型描述。雖然相關的AADL語言規范和Petri網仿真工具都已經比較成熟。然而AADL缺乏進行數學嚴格的仿真模擬，而Petri網由于過于抽象導致大部分人使用困難。本申請有效的結合了 AADL和Petri網的優點，并屏蔽了各自的缺點，實現一個用戶友好，簡單易用，并且具有嚴格形式化驗證能力的系統。本申請所述的仿真系統采用AADL和GSPN，提出基于事件驅動與狀態轉移的嵌入式設備能耗建模方法，有效的對軟硬件組成相關的嵌入式設備整體能耗狀況進行分析。首先通過對嵌入式設備的耗能事件、耗能行為、耗能狀態進行分析，采用AADL的方法對系統軟硬件進行圖形化系統軟硬件架構和能耗行為的建模描述；再將AADL語言描述的系統自動的轉化為用GSPN描述的抽象4元組模型；然后采用GSPN結合外部事件發生器開展能耗仿真，評測嵌入式設備能耗與系統生存時間。根據本申請所述的仿真系統獲得的評測結果，能夠為不同任務模式、不同應用環境下嵌入式設備的元器件選型、軟硬件架構設計及軟硬件能耗參數優化配置、系統調度和資源分配提供指導，為實現能耗最優的系統設計提供準確可靠的參考。本申請所述的仿真系統是一個平臺不相關的設計仿真驗證工具，無需實體系統實現，可以在設計階段進行系統方案的驗證，在設計階段驗證方案的軟硬件能耗需求，極大的降低了由于方案不合理導致的開發周期加長，開發成本加大的風險。同時通過本申請所述的仿真工具可以驗證在不同應用環境和任務需要下系統的能耗性能及生存時間，這對選夠市場上成型的嵌入式系統，特別是一些無法進行充電的嵌入式設備，如移動傳感器等具有重要的參考價值。降低選夠系統無法滿足生存時間而導致的業務損失風險。


圖1是本申請所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的架構示意圖。圖2是具體實施方式
三所述的基于策略的事件發生器的原理示意圖。圖3是具體實施方式
五所述的基于日志的事件發生器的原理示意圖。圖4是具體實施方式
七所述的設備能耗模型構建模塊的原理示意圖。圖5是采用ADDL提供的組件定義與擴展的示意圖。圖6是具體實施方式
九所述的GSPN設備能耗模型仿真模塊的原理示意圖。圖7是具體實施方式
八所述的AADL到GSPN模型轉化模塊的原理圖。圖8是具體實施方式
八所述的基于事件驅動的GSPN仿真原理示意圖。圖9是具體實施方式
八所述的組件內部事件觸發組件狀態變遷的示意圖。圖10是具體實施方式
九所述的GSPN設備能耗模型仿真原理示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一參見圖1說明本實施方式。本實施方式所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統包括圖形化配置管理模塊、事件發生器、設備能耗模型構建模塊、AADL到GSPN模型轉化模塊和GSPN設備能耗模型仿真模塊，其中圖形化配置管理模塊，用于對事件發生器及設備能耗模型模塊輸入參數的圖形化配置；設備能耗模型構建模塊，用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件的抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型；事件發生器，用于模擬產生能耗事件序列；AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統的軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型；GSPN設備能耗模型仿真模塊，用于采用QPME工具載入GSPN模型；還用于從能耗事件序列中選擇加載外部能耗事件；還用于采用QPME工具根據加載的外部能耗事件對GSPN模型進行能耗仿真，獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果。嵌入式設備的具有廣泛的應用領域和多樣性的任務類型，如環境信息檢測、醫療救護應用、戰場單兵生存等領域，且嵌入式設備的任務模式也是多樣的，如周期性的數據采用或指令性的嵌入式操作等。嵌入式設備環境模型是為了仿真模擬多樣的外部環境與嵌入式設備的信息交互。本實施方式中采用事件發生器產生能耗事件以對應嵌入式設備的外部環境激勵。建立事件發生器模型，支持復雜時變的嵌入式應用的快速構建與生成。面對復雜多變的嵌入式外部環境，可定制外部環境的多種時變因素(業務、信道以及網絡拓撲)，按需生成不同的嵌入式應用系統和應用環境。
具體實施方式
二 參見圖1說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
一所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的進一步說明，本實施方式中，所述設備能耗模型構建模塊的輸入參數包括嵌入式系統的軟件和硬件架構、組件有限狀態機、系統調度策略、資源分配策略和能耗優化策略。用戶可根據實際情況假設系統配置，或比較分析能耗優化的設計方案。根據用戶配置信息(profile)，產生系統數據，包括嵌入式設備架構與模塊狀態與能耗數據，嵌入式設備軟硬件配置信息，嵌入式設備業務數據。標準數據可構建成相關profile。由于不同的系統結構，不同的設備(組件)，不同的策略同樣會導致系統在執行任務時需要的能量不同，因此構建設備能耗模型時需要的參數包括嵌入式系統的軟件和硬件架構、組件有限狀態機、調度策略、資源分配策略和能耗優化策略，其中軟硬件架構中的硬件架構，是指嵌入式設備中的處理器、無線通信設備等在內的所有耗能硬件，用戶可定制多個、不同型號的處理器來加快設備運行速度，也可定制種外設來實現不同的應用需求，這都將構成不同的嵌入式設備的硬件架構，設備的能耗情況也因硬件配置的不同而不同。軟硬件架構中的軟件架構，是指嵌入在硬件中的運行的軟件，不同的軟件架構也會導致通信的次數，計算量，內存復制次數等的差別，這些差別導致了系統能耗動作的長短和次數。上述軟硬件架構是直接反應要仿真的嵌入式系統的部件的結構和特點，可由設計方案或現實系統得到。組件有限狀態機，嵌入式系統中的大部分設備都有不同程度的能耗優化，可以工作在不同的功率模式下；而這些不同的功率模式將的轉變都可以通過有限狀態機進行描述。用戶可根據需求建立組件(設備)的有限狀態機，設定有限狀態機中各個狀態的屬性及狀態間轉移關系，狀態的屬性指處于該狀態下的功率、狀態轉移時的時間閾值等。當組件選用不同的有限狀態機時，組件(設備)處于各個狀態下的時間及狀態轉移的次數不同，導致設備整體的能耗情況不同。如果組件是硬件，該參數可以從硬件說明書中獲得，硬件說明書基本都有相關的工作模式將的狀態關系描述，以及各模式下的能耗。如果是軟件可從軟件任務描述中獲得，如算法中的讀、寫、計算等操作。也可以是設計者將要設計的組件。系統調度策略，調度本身就是一個耗能動作，不同的調度影響著系統中的各任務的執行順序，而嵌入式系統的任務很大一部分是有實時性要求的，如果高實時性的任務被安排在后期執行，系統就不得不調整工作模式，采用功率的工作方式運行以保障關鍵任務的及時完成。所述調度策略可由系統調度算法獲得，也可使設計者設計的調度算法。資源分配策略，嵌入式設備需要為多種不同的應用提供運行所需的軟硬件資源，包括處理器、無線通信設備、存儲器、板載外設等硬件資源，不同的資源分配策略直接影響設備的耗能，特別對于異構多核的嵌入式設備來說，多個處理器間如何進行任務調度和資源分配更顯重要。該參數可由系統資源分配算法獲得，如異構處理器執行優先執行的任務。能耗優化策略，不同的能耗優化策略下組件的休眠策略不同，設備整體的能耗也不同。當不需要某個功能部件的時候，可以根據能耗優化策略選擇性的將其關閉以減少能耗，如采用DPM (動態電源管理)技術來實現有效的設備電源管理。由于AADL在動態仿真特別是能耗仿真上的局限性，本系統采用成熟的，具有嚴格數學驗證的GSPN方法進行仿真，如圖5所示，在本系統中采用QPME工具進行GSPN仿真。
具體實施方式
三參見圖2說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
一所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的進一步說明，本實施方式中，事件發生器用于模擬產生能耗事件序列的過程為根據嵌入式系統的事件發生策略配置參數生成的仿真腳本調用事件發生弓I擎，進而獲得能耗事件序列。所述嵌入式系統的事件發生策略配置參數生成的仿真腳本中包括事件發生策略配置參數，具體包括嵌入式系統的信道/網絡環境配置參數、任務分配類型。本實施方式所述的事件發生器產生時間序列的方法適用于根據嵌入式系統的任務需要和應用環境模式的配置而生成能耗事件序列的情況。基于用戶配置來定制嵌入式設備的外部環境與任務模式；具體來說要將用戶的配置信息定制相應的業務流模型、信道模型、協議等，并且調用仿真腳本生成器轉換為仿真工具能識別的可執行腳本文件。采用仿真軟件來模擬仿真嵌入式設備與外部環境的交互行為。采用仿真引擎來模擬仿真嵌入式設備與外部環境的交互行為，用戶可以選擇NS2、OPNET等軟件作為外掛仿真引擎。記錄嵌入式設備與外部環境的交互行為以及生成針對嵌入式設備的有序的能耗事件序列；通過調用仿真引擎可以記錄下詳細的交互過程，存儲在仿真結果記錄文件中，再調用記錄文件處理器得到能耗事件序列，作為GSPN設備能耗模型仿真模塊的輸入。
具體實施方式
四本實施方式是對具體實施方式
三所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的進一步說明，本實施方式中的圖形化配置管理模塊，還用于對事件發生器的輸入參數進行圖形化配置，所述事件發生器的輸入參數采用事件發生策略配置模塊產生。事件發生策略配置模塊用于配置影響能耗事件發生的頻率的參數。根據研究，弓丨起嵌入式系統耗能事件原因主要有兩類，一類是由于環境導致的，稱之為環境類型；一類是由于任務(命令)引發的，稱之為任務類型。環境類型對于目前絕大部分嵌入式系統而言都具有網絡的連接功能。對無線通信，嵌入式設備應用環境的不同導致了無線信道質量的差異，根據不同的環境選擇不同的信號衰減因子，支持不同天氣情況(晴、雨、雪)下處于室內、市區、郊區等環境類型。該環境類型影響數據包傳輸信道的能量衰減，進而產生丟包事件，影響收發數據包及丟包事件發生的成功率。對于有線連接，通信介質和網絡環境的差異同樣影響收發數據包及丟包事件發生的成功率。如在通信介質的傳輸錯誤率就會影響數據包的正確率，進而影響數據包重傳的次數。本模塊就是配置、選擇這些環境參數，通過已有的信道模型和網絡擁塞模型獲得相關的數據包重傳概率。該參數如果是無線通訊可以根據系統需要應用的環境選如與室內，室外，荒野等常見環境相對應的信號衰減因子，也可以自定義信號衰減因子。有限通訊可通過對網絡擁塞規律的統計獲得。任務類型任務類型指的是現實應用下嵌入式因業務的不同而表現出的不同系統執行規律。不同的應用場景下產生的業務多種多樣，有周期性采集業務，也有突發性業務或者符合特定分布的業務流等。常見的業務流的分布類型有指數分布、泊松分布，隨機分布，均勻分布等。這些業務類型就決定了設備產生數據包的規律，直接決定了單位時間內事件發生的時刻與次數。本模塊通過配置該參數，仿真記錄系統響應的事件的時刻和時長。該輸入根據現實應用制定，仿真程度與業務描述的擬合度相關。
具體實施方式
五參見圖3說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
一所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的進一步說明，本實施方式中，事件發生器用于模擬產生能耗事件序列的過程為對嵌入式系統的運行事件日志采用日志解析器進行解析，進而獲得能耗事件序列。本實施方式所述的運行事件日志是指嵌入式系統的實際運行日志或軟件仿真的日志。
具體實施方式
六本實施方式是對具體實施方式
五所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的進一步說明，本實施方式中的圖形化配置管理模塊，還用于對事件發生器的輸入參數進行圖形化配置，所述事件發生器的輸入參數為系統運行事件日志。系統運行事件日志和事件發生策略配置模塊在功能上一致，該參數用于讀取滿足一定格式要求的日志，再由事件發生器按該日志產生能耗事件序列。系統運行的日志可以是實際系統運行記錄的日志也可以是其他嵌入式仿真系統執行的日志，甚至可以是人為設定的日志。本實施方式所述的系統運行日志的格式為“事件發生時刻，動作完成時間，事件發生組件，當前組件狀態，下一步組件狀態”。
具體實施方式
七參見圖4說明本實施方式。本實施方式是對具體實施方式
一所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統的進一步說明，本實施方式中，設備能耗模型構建模塊用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL模型的過程為根據模板庫對嵌入式系統的硬件構架和組件特性進行軟硬件模板的圖形化配置；根據策略庫和嵌入式系統的軟件策略進行軟硬件策略圖形化定制；根據圖形化配置和圖形化定制的結果獲得嵌入式系統的硬件架構和軟件架構及其行為；采用ADDL語言對所述嵌入式系統的硬件架構和軟件架構及其行為進行抽象描述，獲得嵌入式系統的ADDL模型。所述模板庫用于存儲通用的嵌入式設備組件；所述策略庫用于存儲通用的嵌入式設備軟件策略，如狀態轉移條件，休眠策略等。所述模板庫和策略庫可以根據使用者需要自行添加或者修改模板或者策略，進而實現適用于各種嵌入式系統的能耗仿真。基于AADL語言的嵌入式設備模型具有軟硬件協同的特點，充分發揮其在嵌入式設計上的優勢，方便進行需求的驗證。本系統采用AADL語言進行系統軟硬架構的描述。參見圖5，圖5左側部分表示AADL提供軟件層面的抽象，圖5右側表示AADL支持制定組件描述。同時AADL支持組件將繼承關系，因而通過AADL可以實現通用的組件模板。本系統通過擴展AADL的模型庫和建模語言，使之適應于事件驅動的嵌入式設備能耗建模分析研究。嵌入式設備系統是一個典型的事件驅動系統，而事件引發的系統動作導致了系統耗能行為，并同時引起了系統狀態的改變。通過嵌入式設備的事件驅動機制的分析和抽象，本系統將AADL中模式轉移的概念擴展應用到嵌入式設備進行能耗建模上。通過對嵌入式系統的分析和抽象，嵌入式設備基于事件的能耗行為由組件能耗行為以及組件之間的交互關系共同所決定組件能耗行為可視為一個隨機自動機；嵌入式設備能耗行為建模關鍵是能耗事件的能耗行為以及能耗事件的傳播機制。能耗行為模型應由以下幾部分組成1)能耗狀態代表了組件所處的能耗狀態或是組件間交互的連接狀態；
2)能耗事件揭示了組件的能耗狀態變化；3)能耗事件傳播定義了狀態變遷的發生；4)能耗狀態變遷由條件(事件)觸發狀態變遷，進而引起能耗事件傳播。針對嵌入式設備部件內不能耗行為的AADL建模，鑒于嵌入式設備功能部件通常采用基于狀態轉移的睡眠機制以到達節能目的，為準確分析節點部件能耗，通過擴展AADL屬性項，建立節點部件的狀態屬性項(property_state)以及能耗屬性項(property_energy)。狀態屬性定義嵌入式設備部件的狀態轉移關系與轉移條件，能耗屬性則用于描述其部件在不同狀態下以及狀態轉移中的能耗狀況。根據研究，嵌入式系統耗能事件根據是否自發產生的可以分為兩類，I)嵌入式設備組件內部基于狀態轉移的能耗行為，2)嵌入式設備組件之間基于事件驅動的交互行為或外部激勵觸發的行為(如用戶操作，環境狀態響應)。針對嵌入式設備部件外部交互行為的AADL建模，鑒于嵌入式設備功能部件間基于事件驅動的交互方式，為準確分析設備部件間的相互關系，通過擴展AADL的接口特征，建立描述設備部件事件的事件端口(event ports),并拓展了事件關聯(Eventconnection)以描述事件驅動系統的部件關聯性。本實施方式所述的模型設計步驟根據模板庫對嵌入式系統的硬件構架和組件特性進行軟硬件模板的圖形化配置是指根據嵌入式系統的硬件架構和組件特性，在模板庫是選擇相應的模板，并根據選擇的模板實現軟硬件模版圖形化配置。該過程中，通過將硬件架構模板構建出硬件互聯架構，并根據組件狀態機，可自動的實現對架構中組件的內部狀態的狀態和轉移關系，并對相關狀態和轉移的能耗進行設定。根據策略庫和嵌入式系統的軟件策略進行軟硬件策略圖形化定制是指；根據嵌入式系統的軟件策略在策略庫中選擇相應的策略，并根據選擇的策略實現軟硬件管理策略圖形化定制，所述軟件策略包括組件有限狀態機、調度策略、資源分配策略和能耗優化策略。該過程通過模板庫和軟件策略制定軟件架構，資源分配策略，如一個進程需要多少內存，在那個處理器上運行。描述組件間的能耗轉移關系，并映射進程至能耗組件。上述能耗建模原理為
嵌入式設備的能耗分析首先關注于嵌入式設備各耗能部件的能耗分析。按功能劃分，嵌入式設備可分為感知部件(S，傳感器)、處理部件(P，微處理器)以及通信部件(T，無線收發器)以及供電部件(E，電池)。鑒于嵌入式設備供電部件通常為電池，為簡化建模，可做如下假定電池呈線性放電；嵌入式設備能耗為各部件能耗累加之和。建模每種部件為一個基本模板template,貝U每種嵌入式設備都由模板template組成，如一個感知部件模版S-template、一個處理部件模版P-template和一個通信部件模版T-template組成通用的嵌入式設備(S，P，T)，根據不同的應用環境，可定制不同的模版template組成,如5個感知部件模版S_template、3個處理部件模版P_template和2個通信部件模版T-template組成所需要描述的嵌入式設備(5S，3P, 2T)。狀態與事件反映了嵌入式設備耗能的行為特征。通過技術文檔調研分析，確定基于狀態轉移機制的嵌入式設備各部件工作狀態以及狀態轉移關系。
處理部件模版簡稱P模塊，該P模塊一般劃分為運行、空閑、休眠三個狀態。通信部件模版簡稱為T模塊，該T模塊一般劃分為關閉、空閑、監聽、休眠、接收和發送六個狀態。感知部件模版簡稱為S模塊，該S模塊相對較為簡單，為工作和關閉兩個狀態。按照事件與嵌入式設備部件關聯性，可將事件(Event)分為嵌入式設備外部事件、部件內部事件和部件間事件三類。同時，定義活動(Action)為嵌入式設備基于事件驅動做出的反應，代表著程序執行、數據傳遞等具體動作。嵌入式設備通過活動而消耗能量。通過技術文檔調研以及部分實驗電路測試，基于統計分析，可獲得嵌入式設備部件在不同狀態下以及狀態轉移過程中的能耗數據，從而構建嵌入式設備的能耗數據結構。嵌入式設備部件間基于事件驅動的相關性由控制結構所描述。通過分析嵌入式設備部件對事件的處理，實現對嵌入式設備部件狀態和事件的轉換變化過程，明確部件內部、部件之間以及部件與外部環境之間的控制流程和數據處理過程，從而構建嵌入式設備的能耗控制結構。基于數據結構與控制結構，實現嵌入式設備能耗在功能與行為上的統一。本實施方式中，采用的能耗問題的簡化求解方法為將能耗求解問題轉化為統計組件在不同狀態時間以及各種狀態轉移的次數；
權利要求
1.嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，該嵌入式設備能耗仿真評測系統包括圖形化配置管理模塊、事件發生器、設備能耗模型構建模塊、AADL到GSPN模型轉化模塊和 GSPN設備能耗模型仿真模塊，其中圖形化配置管理模塊，用于對事件發生器及設備能耗模型模塊輸入參數的圖形化配置；設備能耗模型構建模塊，用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件的抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型；事件發生器，用于模擬產生能耗事件序列；AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型；GSPN設備能耗模型仿真模塊，用于采用QPME工具載入GSPN模型；還用于從能耗事件序列中選擇加載外部能耗事件；還用于采用QPME工具根據加載的外部能耗事件對GSPN模型進行能耗仿真，獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果。
2.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述設備能耗模型構建模塊的輸入參數包括嵌入式系統的軟件和硬件架構、組件有限狀態機、系統調度策略、資源分配策略和能耗優化策略。
3.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，事件發生器用于模擬產生能耗事件序列的過程為根據嵌入式系統的事件發生策略配置參數生成的仿真腳本調用事件發生引擎，進而獲得能耗事件序列。
4.根據權利要求3所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述圖形化配置管理模塊，還用于對事件發生器的輸入參數進行圖形化配置，所述事件發生器的輸入參數采用事件發生策略配置模塊產生，事件發生策略配置模塊用于配置影響能耗事件發生頻率的參數。
5.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，事件發生器用于模擬產生能耗事件序列的過程為對嵌入式系統的運行事件日志采用日志解析器進行解析，進而獲得能耗事件序列。
6.根據權利要求5所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述圖形化配置管理模塊還用于對事件發生器的輸入參數進行圖形化配置，所述事件發生器的輸入參數為系統運行事件日志。
7.根據權利要求6所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，系統運行事件日志的格式為“事件發生時刻，動作完成時間，事件發生組件，當前組件狀態，下一步組件狀態”。
8.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，設備能耗模型構建模塊用于根據圖形化配置管理模塊配置的參數、采用基于ADDL的系統級軟硬件抽象描述，進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL模型的過程為根據模板庫對嵌入式系統的硬件構架和組件特性進行軟硬件模板的圖形化配置；根據策略庫和嵌入式系統的軟件策略進行軟硬件策略圖形化定制；根據圖形化配置和圖形化定制的結果獲得嵌入式系統的硬件架構和軟件架構及其行為；采用ADDL語言對所述嵌入式系統的硬件架構和軟件架構及其行為進行抽象描述，獲得嵌入式系統的ADDL模型。
9.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，AADL到GSPN模型轉化模塊，用于將嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型轉換成GSPN模型的方法為根據GSPN的能耗建模模型，通過擴展AADL語言，使其能夠對能耗進行建模；GSPN中能耗模型的四元組對應的AADL中的元素為S :狀態庫所，描述嵌入式設備與內外環境基于事件的交互場所；對應AADL模型中模式；T :狀態變遷，活動以轉換的方式建模，由事件產生活動，由活動導致狀態變遷；對應 AADL模型中轉移；F :有向弧集，描述狀態轉換發生的條件和轉換產生的影響，對應AADL模型中連接；M :標識，描述庫所中事件發生規律，token能在庫所變遷中不斷活動；對應AADL模型中能耗事件。
10.根據權利要求1所述的嵌入式設備能耗仿真評測系統，其特征在于，所述嵌入式設備能耗仿真評測系統還包括圖形化結果分析子模塊，該子模塊用于根據GSPN設備能耗模型的仿真結果，圖形化的顯示設備的剩余能量與系統生存時間，各組件消耗的能量，以及執行的事件和最耗能的事件，并可以根據需要選擇決定是否生成仿真日志。
全文摘要
嵌入式設備能耗仿真評測系統，涉及電子設備的能耗測試技術。本發明解決了現有的嵌入式系統的仿真系統不能夠對嵌入式系統運行任務的狀態進行能耗仿真的缺陷。本發明包括用于對輸入參數進行圖形化配置的圖形化配置管理模塊；用于采用基于ADDL的系統級軟硬件進行抽象描述、進而獲得嵌入式系統軟硬件的ADDL描述模型的設備能耗模型構建模塊；用于模擬產生能耗事件序列的事件發生器；用于將ADDL模型轉換成GSPN模型的模型轉化模塊；用于采用QPME工具載入GSPN模型、從事件序列中選擇加載外部能耗事件、采用QPME工具根據加載的外部事件對GSPN模型進行能耗仿真、獲得嵌入式系統的剩余能量和系統生存時間的仿真結果的GSPN設備能耗模型仿真模塊。
文檔編號G06F11/26GK103019903SQ201310020199
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者周海鷹, 侯昆明, 左德承, 李劍巾, 李劍, 周鵬, 謝和平, 王媛媛, 胡連亞 申請人:哈爾濱工業大學