如何测试嵌入式CPU的功耗_嵌入式在功耗检测系统中的应用
中图分类号：TD82 文献标识码：A 摘 要：本文是介绍一个基于以太网对目标系统功耗进行检测的系统，着重讨论其对外部硬件扩展方法，A/D转换程序设计方法，检测设备与控制主机之间的通信协议，检测设备和控制主机上的软件结构等关键性问题。
关键词：以太网 A/D 功耗检测 嵌入式
一、引 言
本文是介绍一个基于以太网对目标系统功耗进行检测的系统，着重讨论其对外部硬件扩展方法，A/D转换程序设计方法，检测设备与控制主机之间的通信协议，检测设备和控制主机上的软件结构等关键性问题。功耗检测系统中，由ARM处理器系统构成了多通道电流检测设备。此设备可以通过A/D转换部件同时采样最多16个通道的电流值，并将这些采样结果组织成特定的报文格式，通过Internet传送到指定的控制主机 。控制主机同时检测多个电流检测设备，在通过Internet接收到这些电流采样值后，可以按照用户的要求进行显示，存储和分析。
二、检测系统的基本构成
本系统由嵌入式系统构成的数据采集终端，通信网络和控制主机三个部分构成。其总体结构图如下。
图1：功耗检测系统总体结构
本功耗检测系统的主要测量对象是直流稳压系统中的功耗变化。有公式（1）可知，系统的瞬时功率P取决于当前电流I和电压V；
P(t)=I(t)*V(t) (1)
而能量消耗则是瞬时功率对时间的积分；
E（ ， ）＝ （2）
在实际系统中往往采用的方式估计系统的能量消耗，假定两次采样间隔之间功率保持恒定，并设两次采样之间的时间间隔为Δt，则在[ , +Δt]时间段内近似的能量消耗为；
E( , +Δt)=P( )*Δt=I( )*V*Δt （3）
在公式（3）中，由于测量对象是直流稳压电源，所以其电压V可以认为保持恒定。而采样间隔Δt则可以根据系统的性能进行设定。采样间隔越小，系统测量的精度越高 。
本系统采用Maxim公司的MAX471芯片作为电流测量器件。该芯片最大测量电流为3A，最大电压为36V，测量精度高，外围电路比较简单。
MAX471采用8脚双列直插封装，引脚排列如图2所示。
图一 MAX471的引脚排列图
各引脚的功能如下表所示。
表一 MAX471引脚功能
引脚 符号 功能
1 SHDN 当此引脚为高平时处于休眠状态，耗电电流小于18uA
2，3 RS+ 内部采样电阻电源端
4 GND 接地
5 SIGN 电流方向检测，当电流从RS-流向RS+端时，SIGN引脚呈高电平
6，7 RS- 内部采样电阻负载端
8 OUT 检测电路输出端
MAX471的典型应用电路如图二所示。
图二 MAX471的典型应用电路
MAX471的输出端OUT向外输出的电流 始终是经过芯片的负载电流 的2000分之一。如果在OUT端连接上一个2K?的电阻 ，则 两端的电压为：
= * =2K?* = （4）
由公式（4）可以发现， 两端的电压与负载电流同步变化。在本应用系统中，待测量系统的最大负载电流不超过3A，因此 也不会超过3V。通过采样 的电压值就可以得到当前负载电流的大小，从而推算出系统的瞬时功率和整体功耗。上述电流测量结果 可以连接到A/D转换器的输入端，供采集设备使用。
三、A/D转换的软件操作
MAX471的OUT端可以直接连接到S3C2410芯片的A/D转换输入端，通过标准的Linux操作。程序代码段的int_ADdevice()函数，通过标准文件操作打开函数open()启动A/D转换器，其文件是一个设备文件“/dev/adc/Oraw”。
读取A/D转换结果函数GetADresult()输入参数为A/D转换通道号。在此函数中将A/D通道号和转换因子形成一个字（高16位是通道号，底位为转换因子），并通过标准文件写入函数write（）写入A/D转换器驱动程序，然后通过标准文件读出函数read()从A/D转换器中读出转换结构，并返回主程序 。
此控制协议需要实现以下功能：
1.检测设备开机后能自动与控制主机连接，并向主机发送相应的状态信息。
2.检查设备能接受主机发来的配置命令，并根据配置命令调整系统参数设置(主要是检测目标通道和采样间隔)。
3.检测设备根据主机发送来的配置命令，在每个采样间隔内完成所有通道的A/D转换，并形成数据包发送回控制主机 。
为实现上述功能，在控制主机和检测设备之间需要采用两个通信通道，一个用于传输主机命令和检测设备的状态信息，一个用于传输检测数据。由于命令和状态信息不能丢失，所以需要采用面向连接，无差错传输的TCP协议；而为了减少系统负载，并保证检测数据的实时性，可以采用UDP协议实现检测数据的传输。在系统具体实现时，利用选择没有被占用的TCP和UDP协议端口号，分别作为控制和数据端口。这里将控制端口设定为CNTL_PORT,数据端口设定为DATA_PORT。
监控主机和检测设备之间的通信协议如图所示。