各类内置嵌入式处理器的电子产品的功耗现在已经成为体系规划范畴的前沿问题。手持式电子产品需求在完结低功耗的一起，最大极限地发挥产品的功用和特征。跟着电价的不断提高，高功用体系的规划者不得不面临的应战是下降能耗，以满意空间约束、散热和动力之星方案所提出的详细要求。但现在尚缺少一种规范的办法来量化嵌入式器材的实践功耗。
许多处理器厂家在产品参数表中标明晰产品功耗，但这些数据却很难彼此进行比较。厂家也供给处理器的规范功率，但却很少标明出在丈量功率时负载状况。
为处理上述问题，嵌入式微处理器测验基准协会(EEMBC)发明晰一种软件东西，显现在运转特定运用负载时处理器的实践功耗。该软件名为EnergyBench，规划者能够运用它和协会其他功用规范一起确认各种处理器在履行一系列以运用为中心的规范化使命时的功耗。运用与全套功用测验直接相关的功耗丈量规范，规划者能够比较不同厂家产品的功用/功耗状况，并从中挑选出特定运用条件和功耗预算下最切合需求的处理器产品。
EnergyBench最重要的启示之一是底子不存在所谓的“典型功耗”，因为嵌入式微处理器测验基准协会在数字文娱、联网和自动操控等基准套件的方针运用范畴驱动内核时所需的均匀功耗数据差异极大。EnergyBench并未企图就某种特定器材到达放之四海而皆准的虚幻的“典型功耗”，而是重视在特定的功用水平上，某一种算法或许运用程序所需的典型功耗。
EnergyBench的测验办法
嵌入式微处理器测验基准协会选用美国国家仪器有限公司数据收集(DAQ)卡和LabVIEW软件渠道进行EnergyBench功耗丈量。该数据收集卡支撑多丈量通道，能够在多功率轨上一起进行功耗丈量(一切丈量均需获取电压和电流数据)，并一起进行触发通道采样。EnergyBench运用数据收集卡对电压进行采样，并为完结功用基准和功耗测验同步供给一条触发通道。这样能够保证在基准代码的同步部分丈量功耗，然后防止计入基准初始化或记载保存阶段的功耗状况。
EnergyBench采样模块承受装备文件，该文件能够通过为触发勘探和电压电流通道指定电压水平来界说触发机制。
若企业期望揭露其EnergyBench丈量得分，则须先取得嵌入式微处理器测验基准协会技能中心的认证资历。协会清晰规矩了一整套认证有必要满意的丈量条件，然后保证得出共同、牢靠并能够重复的丈量成果。为得出核算学意义上的准确成果，采样频率有必要是2倍以上尼奎斯特频率或许是一些随机数。EnergyBench采样模块承受采样频率输入，且该采样模块有必要以不同的采样频率数次调用。在基准测验中以非伪频率屡次采样所得到的采样点能够防止与基准履行频率产生共振现象。此法履行便当，且能保证得到核算学意义上的准确成果。
因为能够容易重复丈量进程并加大采样频率，EnergyBench能耗基准能够尽或许多地收集样本，直至能确认核算意义上准确的均匀能耗中止。为取得认证资历，并帮忙器材和东西规划者更好地完结规划，EnergyBench测验进程一般会重复屡次，并核算终究成果的规范差错。任何差错都能够容易被发现，因为每项基准测验的每次运转均可得出一个基准每次迭代功耗的均匀值。
当然，以针对特定器材的任何测验为根底进行概括的条件是该方针器材能代表厂家的生产水平，嵌入式微处理器测验基准协会一向定有严厉的规矩，防止厂家挑选最好的产品送交认证检测。出于相同原因，进程改动是一切半导体厂家有必要常常面临的一个问题，而EnergyBench很多方针中的一个是协助厂商更深化地了解特定部件和进程改动的成果与能耗之间的联络。
EnergyBench规矩器材运转的环境温度为70°F +/- 5°F，并须至少进行30分钟预热。设定这样的基准条件非常重要，能够保证测验得出共同的成果。此外，现实标明能耗可随器材温度的升高而明显添加。因为咱们量化评价的是基准测验状况下的一般功耗状况，因而能够对室内温度进行人为的操控。这样做还能够防止装备贵重的器材来对处理器温度进行操控。
EnergyBench与功用基准的交融
要了解EnergyBench为何如此高效，就有必要了解嵌入式微处理器基准协会的相关规矩。协会规矩遵从ANSI C规范，并由基准操控程序担任运转办理。调用一切体系时均需通过操控程序内置的一个笼统层，而不行直接调用。操控程序还担任初始化体系、预备必要的基准数据和设定基准运转的迭代数值。将协会基准移植到新的器材或操作体系上时，只需改动笼统层，即可运转一切嵌入式微处理器基准协会规范。为兼容EnergyBench基准，测验操控程序调用笼统层内置的特别触发机制，对功耗基准的守时部分进行显现。触发开关的问题是从软件宣布触发信号到丈量设备实践收到信号傍边存在着必定的时滞。某些体系在触发时
通过操作体系驱动器将信号发送至通用异步收发传输器(UART)。为处理触发时滞问题，操控程序内置的笼统层答应在宣布触发信号后及功耗基准开端履行前设置必定的推迟。考虑到完毕基准测验的时滞，剖析模块答应在特定的迭代数中进行约束剖析。
EnergyBench的采样、剖析和数据收集办法
EnergyBench选用由LabVIEW软件渠道创立的采样模块获取功耗信息，对界说触发办法和预期电压规模的装备文件进行读取。该采样模块连接到数据收集卡，在运转基准测验的一起收集电压及电流信息。所采信息在收到开端信号后即行写入磁盘，收到完毕信号后中止。为削减或许产生的用户过错，该程序供给一致的用户界面，如图1所示。而数据收集卡(DAQ)也供给了经济实用的HW渠道，以收集必要的数据。
图1 EnergyBench采样模块通过友爱的图形用户界面(GUI)或装备文件进行设置。一切相关参数如电压、电阻和采样频率均可进行设置。通过收集信号的可选图形对电流、电压和触发通道进行显现。
美国国家仪器有限公司与DAQMx驱动兼容的数据收集卡均可运用。数据收集卡缺省要求，一起EnergyBench规矩也规矩须丈量微处理器一切功率轨的功耗状况。EnergyBench含有可履行程序，能够一起丈量一条、两条或三条功率轨的功耗状况。关于有不止一条功率轨(即堆芯功率和输入/输出功率)的微处理器来讲，能够选用两种办法核算出基准程序每次迭代的功耗。榜首种办法，EnergyBench运用数据收集卡一起丈量三条功率轨的功耗状况，也就是说一切通道都以相同的速率进行采样，因而或许需求下降数据收集卡的采样速率，以匹配主机的采样才能。此外，因为保证丈量成果能够重复，因而能够分别对功率轨进行丈量，这种状况下各功率轨的均匀功耗之和即等于累计总能耗量。
对捕获数据进行剖析是EnergyBench的终究一步。用于数据剖析的微软程序名叫功耗剖析模块。剖析进程中需求核算以下数值：
1. 各功率轨的最低、最高、均匀功率及规范差错状况。
2. 总功率的几许均匀数
3. 基准程序每次迭代功耗的最低、最高、均匀功率及规范差错巨细。
基准程序经屡次迭代获取丈量样本后，剖析模块即开端剖析，寻觅其间的要害细节。嵌入式微处理器测验基准协会功耗剖析模块剖析捕获的样本，确认基准程序每次迭代的均匀功耗，找到最低和最高功耗样本。核算功耗须先核算基准程序每次迭代功耗样本的几许均匀值，并乘以迭代时刻得出终究的成果。某些状况下，或许会呈现基准程序迭代过速，以致于功耗样本的呈现赶不上基准程序迭代的速度。在这种状况下，有必要先剖析至少100个样本，再核算该段时刻内一切迭代的均匀能耗。
功耗剖析模块的能耗/迭代表以图表方式显现成果。用户也可运用协会设置在基准程序运转时检查最低和最高功耗，了解所获样本的改动状况。
EnergyBench测验的终究成果是负载迭代的均匀功耗。经嵌入式微处理器测验基准协会认证的Energymark分数是供制造厂商挑选的一种衡量规范，厂家能够与认证的功用得分一道向客户供给，以显现处理器功耗功率的巨细。
牢靠性验证须测验下列数值：
1. 特定采样频率区间内的改动(置信区间须到达95%)
2. 频率间陈述能耗的改动
3. 重复调用基准程序时陈述能耗的改动
假如特定采样频率区间内改动过大，用户能够加大频率和/或基准程序迭代数，直至收集到满足的样本，以使均匀值的置信区间到达规矩的95%。
假如两采样频率之间改动过大，能够改动采样频率。
假如各次调用成果相差过大，或许因为线路噪音过大，需求采纳减噪办法。别的一种或许是在基准程序运转时处理器在大部分时刻内还在履行除基准程序以外的其他使命，在这种状况下则需求更好地完结基准程序与其他使命的别离。本进程原理如图2所示。
图2 本进程在特定基准及该基准的特定负载与典型能耗之间建立了联络
可编程数据收集卡能容易地确认采样频率等参数，一起将获取数据永久保存。图3是此办法暗地运转的代码样本。此代码以LabVIEW软件编写，能够继续将获取的样本写入文件，直至从触发通道收到装备信号。代码还装备了显现一切捕获信号选项，实践上是驱动图1图形用户界面的部分代码。电压、电阻和采样频率等一切相关参数均可进行装备。详细地讲，图1显现的是当该循环收到触发信号、并预备退出时的图形用户界面状况。
图3 采样循环的数据收集卡代码
EnergyBench背面的挑选为加深对测验办法的了解，嵌入式微处理器基准协会也考虑过许多代替选项，包含：
规矩能耗丈量的结温度。
选用高频规模并对环境严厉操控。
指定勘探和校验技能。
但因为意图不是定性部件，而是要确认一种推导典型能耗的规范办法，因而找到一种选用现有经济实用硬件的办法更为重要。EnergyBench通过核算剖析和规矩进行验证，无需贵重设备和工厂化流程。验证进程只需操控室温而无需丈量结温文外壳温度， 而操控室温在任何实验室或大学均可做到。验证进程只需用到简略的数据收集卡而非贵重的剖析软件，在规矩成果差错的状况下以不同频率屡次运转能够保证验证成果牢靠且能够重复。
别的一个问题是验证进程需求从5MHZ微操控器推导呈现在市场上速度最快的处理器状况。相同需求重视的还有保证能在不同测验地址重复验证进程以独立认证成果。
采样成果
上表所示的是对外揭露的认证信息。以上两个硬件渠道上两套基准程序的采样信息显现，若运转不同的渠道和基准程序，即使均匀功耗的起浮起伏也能够高达8%(相关于这些基准程序)而完结某项特定使命时测定的功耗功率在均匀功耗类似(即使AMD和IBM渠道的均匀功率均为2.3W上下，但AMD渠道的RGB 到YIQ为2.8e-2，而IBM渠道则为1.6e-2)的状况下也能够呈现很大改动。
相同风趣的是研讨在不同功用点运转软件渠道及敞开或封闭不同功用时处理器的能耗状况。图4显现的在敞开或封闭缓存和浮点硬件的状况下，在NXP 3180的不同功用点运转特定基准程序(根本浮点操控)的能耗成果。该标清晰显现敞开浮点硬件并以208MHz频率运转比以13MHz频率运转能效更高。
图4 不同装备下NXP 3180的能耗成果
定论
EnergyBench运用嵌入式微处理器测验基准协会开发的规范办法，供给了可与价格合理的现有硬件配套运用的丈量典型能耗的若干东西。EnergyBench是该范畴首个行业规范，尽管规范功用评价公司(SPEC)等其他组织也在制定政策处理上述问题。能够登陆嵌入式微处理器测验基准协会网站(www.eembc.org)，免费查询通过认证的EnergyBench测验成果。
