嵌入式计算
嵌入式计算系统设计原理
嵌入式计算系统设计原理嵌入式计算系统是一种特殊的计算系统，它通常被嵌入到其他设备中，用于控制和实现特定的功能。
设计嵌入式计算系统需要考虑诸多原理和技术，以确保系统的可靠性、高效性和可维护性。
首先，嵌入式计算系统的设计原理包括硬件和软件两个方面。
在硬件设计方面，需要根据目标设备的需求选择合适的处理器、存储器等硬件组件，并进行电路设计和布局。
同时，还需要注意功耗管理、接口设计、电路隔离等因素，以确保系统的稳定性和可靠性。
在软件设计方面，嵌入式计算系统通常运行的是实时操作系统（RTOS）或嵌入式操作系统（Embedded OS）。
这些操作系统具备实时调度和资源管理的能力，能够满足实时控制和响应的要求。
此外，还需要编写嵌入式软件，包括设备驱动程序、嵌入式应用程序以及与其他系统的通信接口等。
软件的编写需要考虑系统的资源限制、实时性要求和数据完整性等因素。
另外，嵌入式计算系统设计原理还涉及到系统的功能分析、需求分析和系统架构设计。
在功能分析阶段，需要明确系统需要实现的具体功能和性能要求。
需求分析则是根据用户需求和设备要求，对系统需求进行详细说明和分析。
系统架构设计是系统开发中的关键环节，需要确定系统的组成部分、模块划分、接口设计以及系统的层次结构等。
此外，嵌入式计算系统设计原理还需要考虑系统的可测试性和可维护性。
为了保证系统的稳定运行和故障排除，需要设计相应的调试和测试机制，以便在系统出现问题时能够快速定位和修复故障。
同时，为了方便系统的日常维护和升级，需要考虑系统的可扩展性和软件固件升级的支持。
总之，嵌入式计算系统设计原理是一项复杂的工作，需要综合考虑硬件设计、软件设计、功能分析、需求分析、系统架构设计以及测试和维护等多个方面的知识和技术。
只有全面深入地理解和应用这些原理，才能设计出高可靠性和高性能的嵌入式计算系统。
嵌入式分辨率的计算
嵌入式分辨率的计算
嵌入式系统中的分辨率计算通常指的是显示设备（如LCD、LED等）的分辨率，以及图形界面中元素的布局和大小。
这涉及到物理像素、逻辑像素和显示尺寸等概念。
以下是一些常见的相关计算：
1物理像素（Physical Pixels）：是显示设备上的实际物理点。
设备的分辨率通常以物理像素为单位给出，例如1920x1080 表示宽度为1920 个物理像素，高度为1080 个物理像素。
2逻辑像素（Logical Pixels）：是应用程序中使用的虚拟像素，通常与物理像素不完全匹配。
在高分辨率屏幕上，一个逻辑像素可能对应于多个物理像素，这有助于提供更高的清晰度。
3显示尺寸：是指物理显示屏的实际尺寸，通常以英寸为单位。
显示尺寸和分辨率一起决定了每英寸的像素密度，即PPI（Pixels Per Inch）。
4 PPI计算：PPI 是根据分辨率和显示尺寸计算得出的，通常使用以下公式：
PPI=√(水平像素数2+垂直像素数2)/屏幕对角线长度
5元素布局计算：在设计嵌入式系统的图形用户界面（GUI）时，需要考虑元素的布局和大小。
这涉及到将设计规格（以逻辑像素为单位）转换为实际的物理像素尺寸。
在实际的嵌入式系统中，这些计算可能会受到硬件平台、显示屏技术、操作系统和图形库的影响。
确保查阅相关的硬件和软件文档以
了解具体的计算方法和最佳实践。
memc方案
memc方案MEMC（Memory controller for embedded computing）方案是为嵌入式计算设计的一种内存控制器解决方案。
它具备高性能、低功耗和可靠性的特点，广泛应用于智能手机、平板电脑、物联网设备等领域。
一、MEMC方案的基本原理MEMC方案通过优化内存读写操作，提高内存访问速度和效率。
其基本原理包括以下几个方面：1. 内存调度优化：采用先进的调度算法，合理安排内存读写请求的顺序，减少内存访问的等待时间。
2. 数据预取技术：通过预先加载相关数据块到高速缓存中，减少后续访问时的延迟，提高数据读取速度。
3. 缓存命中率优化：通过增加高速缓存的容量和改进高速缓存映射算法，提高内存访问的命中率，减少对主存的读写需求。
4. 数据压缩与解压缩：采用数据压缩技术，将数据在内存中进行压缩存储，减少内存占用空间，提高内存存储容量。
二、MEMC方案的主要优势MEMC方案相比传统内存控制器方案具有以下明显的优势：1. 高性能：通过内存调度优化和数据预取技术，提高内存访问速度和效率，加快数据读写操作。
2. 低功耗：采用高效的管理策略，减少能耗，延长设备的续航时间。
3. 可靠性：优化的内存调度算法和错误修复机制，提高系统的稳定性和容错能力，减少数据损失的风险。
4. 扩展性：支持多种内存类型和接口标准，适应不同应用场景的需求，具备较高的灵活性和可扩展性。
三、MEMC方案的应用场景MEMC方案广泛应用于各种嵌入式计算设备，包括但不限于以下几个领域：1. 智能手机和平板电脑：提供快速响应和流畅的用户体验，支持多任务处理和高性能计算，满足用户对于多媒体和游戏的需求。
2. 物联网设备：为物联网设备提供高效的内存管理和数据存储能力，支持设备之间的快速通信和数据交互。
3. 汽车电子系统：提供可靠的内存控制和数据存储能力，支持车载娱乐系统、导航系统和智能驾驶系统等功能的实现。
4. 工业控制设备：为工业自动化领域提供高性能和可靠性的内存解决方案，支持实时数据处理和控制指令的执行。
嵌入式柜子定额计算规则
嵌入式柜子定额计算规则一般入墙式的衣柜会在床的两侧，或者床头的两侧设置内置柜子，不仅可以满足收纳，空间也不会显得太过于拥挤。
厨房：厨房中占地方的电器终于有合适的容身之处了，以及厨房中一些杂乱的厨具，依旧采用入墙式的收纳方法，节省空间，提高收纳空间的利用率。
入墙柜怎么做？飞墨设计师黄工，专注分享装修经验，有任何装修疑问都可以私信我哦！柜子作为家装中收纳功能的强者，它们的设立也是很有讲究。
对于小户型来说，入墙式的柜子真的是节省了不少的空间，成为大多数业主的青睐，下面我们就来看看镶嵌入墙式的柜子是如何满足各个功能区的收纳需求的呢？玄关：很多房子的玄关处都会有一堵墙，一般可以作为隔断客厅，但是如果这面墙不存在对于客厅就毫无隐私性，对于小户型来说，可以将墙体凿空，将衣柜或者鞋柜安装进去，不仅可以隔断，也可以收纳衣服，鞋，以及帽子等配饰，加上风格上面的设计，也会有一定的装饰作用，何乐而不为呢？卧室：咱们大多数家庭的大型的衣柜都会设置在卧室，这样满足睡觉和穿衣的动线。
一般入墙式的衣柜会在床的两侧，或者床头的两侧设置内置柜子，不仅可以满足收纳，空间也不会显得太过于拥挤。
也可以将书籍以及床头的小物件收纳至此。
客厅：客厅一般的墙体收纳多用于电视柜，在客厅，餐厅，厨房中间起着隔断的作用，若墙体不做任何修饰，就将其裸露在外，仅仅发挥着墙面的作用，占地方还不好看，可以将墙面掏出空间将电视安装进去，或者其他的收纳柜，这样不仅节省空间，看起来也上档次一点。
厨房：厨房中占地方的电器终于有合适的容身之处了，以及厨房中一些杂乱的厨具，依旧采用入墙式的收纳方法，节省空间，提高收纳空间的利用率。
电器收纳：厨具收纳：餐厅:如果将餐边柜摆在餐厅就会显得拥挤，用餐的体验感会大大减弱，所以很多家庭最终选择了放弃餐边柜，将餐柜列入墙体中，省空间，而且实用。
卫生间:总之，入墙式的柜子在每个不同的功能区的收纳作用不一样，但是它是必不可少的，不仅空间布局会比传统的柜子灵活，且充满装饰性，也不会占太多的空间，但是在这里要提醒下各位，若是承重墙就不能轻易凿空喔。
嵌入式计算机
嵌入式计算机一、前言嵌入式计算机，顾名思义是嵌入到其他的设备和系统中，成为一个不可或缺的重要组成部分。
通过对嵌入式计算机的了解和应用，可以实现对各类物联网设备的控制、监控以及自动化运行等功能，有着非常重要的应用价值。
本文将分别介绍嵌入式计算机的概念、特点、应用以及未来发展趋势等内容。
同时，也会对国内外几种主流的嵌入式计算机做简要的介绍和分析。
二、嵌入式计算机的概念嵌入式计算机是一种专为某种特定应用领域而设计的计算机系统，通常被称为嵌入式系统。
它不同于通用计算机，不具备用户可编程的特点，而是被预先设计好了某种特定的应用程序，按照特定的规则和标准进行操作。
嵌入式系统常常用于各种小型化的电子设备和智能控制系统中，如汽车、家用电器、手机、智能穿戴设备等等。
它们一般用于完成一些简单的、固定的任务，如嵌入式标准化数据处理、高速网络通信、嵌入式安全等工作。
相比于传统的计算机，它们在体积、功耗和成本上有着巨大的优势。
三、嵌入式计算机的特点1. 高度定制化嵌入式计算机的应用往往是非常具体的，要求反应速度快、资源占用少、功耗低等特点，因此嵌入式计算机必须根据应用的要求开发和定制，不同的应用有不同的定制需求。
2. 功耗低嵌入式计算机面向的应用场景，往往需要在有限的电源提供下完成任务，因此功耗低是其一个很大的特点。
3. 低成本嵌入式计算机在设计上趋向于简单、成本方面也应该足够低廉，因此大量采用的是被大规模生产的标准组件，降低了成本。
4. 小型化、集成化作为集成了控制、计算、通信等多种科技的嵌入式计算机，它体积较小，集成度高，能够满足各种特定的应用需求，灵活处理各种复杂的数据，拥有着高效的处理技术和优秀的嵌入式软件技术支持，有助于高效运行，从而满足不同用户的需求。
四、嵌入式计算机的应用领域嵌入式计算机应用广泛，从微型计算机到大型系统，从工业控制到传媒娱乐。
现在，智能家居、智能医疗、智能城市、智能电网、智能制造等应用领域都有大量的嵌入式计算机的应用。
集成电路设计中的算法创新与应用
集成电路设计中的算法创新与应用随着新一代信息技术的快速发展，计算机、手机、平板电视等数码产品已经成为人们生活中的必需品。
这些数码产品的实现离不开集成电路。
而集成电路设计中的算法是其中重要的一环。
本文将从算法的类别、应用与创新等方面探讨集成电路设计中的算法。
一、算法的类别算法是解决问题的一个过程。
常见的算法可以分为三类：紧急算法、嵌入式算法与通用算法。
1.紧急算法紧急算法的特点是速度快，但精确度不高。
它们广泛应用于计算机游戏、移动应用程序等方面。
例如：游戏中的碰撞检测算法，它可以在几毫秒内判断玩家是否碰到了障碍物。
2.嵌入式算法嵌入式算法是指用于嵌入式设备中的算法，一般用于控制与物联网设备等方面。
它们考虑到嵌入式设备的存储容量与计算能力，适度地减少了算法的复杂度，并在保持准确度的前提下，尽可能地提高了执行速度。
3.通用算法通用算法是被广泛应用于计算机领域的算法。
它们的特点是具有较高的准确度与时间效率。
通用算法除了在集成电路设计中得到应用，还广泛应用于人工智能、深度学习等领域。
例如：卷积神经网络（CNN）。
二、算法的应用算法在集成电路设计中有较广泛的应用。
下面我们将从逻辑设计、电源管理与电容管理三个方面探讨其应用。
1.逻辑设计在逻辑设计领域，常用的算法有布尔代数与Karnaugh Map。
它们能够对逻辑电路进行精确的计算与设计，提高了设计的准确度与效率。
2.电源管理在电源管理领域，常用的算法是动态电压频率调整（DVFS）与智能电源管理（IPM）。
通过DVFS算法，电源能够自动调整工作频率与电压，降低功耗和热量，从而延长设备的寿命。
而IPM算法则可以检测电池电量并控制电源管理器以提供最佳的功耗优化方案。
3.电容管理在电容管理方面，计算机是通过电容器来储存电荷的。
由于电容器不稳定，需要使用电容管理器来控制充放电周期，以避免电容器损坏。
常用的算法是最大充电电流与最大放电电流控制算法。
三、算法的创新由于技术的不断更新、应用场景的不断变化，算法的创新是不可避免的。
定点运算 浮点运算 嵌入式
定点运算浮点运算嵌入式浮点运算与定点运算是嵌入式系统中两种常见的数值表示与计算方式。
本文将重点讨论定点运算在嵌入式系统中的应用。
1. 定点运算概述定点运算是指使用整数来表示和计算数据的一种方法。
在嵌入式系统中，由于资源有限，使用定点运算可以减少计算量，提高系统性能。
定点运算适用于一些不需要高精度计算的场景。
2. 定点数表示在定点运算中，我们需要选择合适的定点数表示形式。
常见的定点数表示形式有Q格式和补码格式。
Q格式是一种带有小数点位数的定点数表示方法，可以通过设置小数位数来控制数值的精度。
补码格式是一种常见的整数表示方法，可以表示正数和负数。
3. 定点运算原理定点运算的核心原理是将浮点数转换为定点数，并通过定点数之间的运算来实现数值计算。
在定点运算中，我们需要注意数据溢出和精度损失的问题。
同时，还需要考虑定点数之间的位移操作、溢出处理以及舍入策略的选择。
4. 定点运算的优势与应用相比于浮点运算，定点运算具有计算速度快、占用存储空间少的优势。
因此，在一些嵌入式系统中，特别是对计算速度要求较高的系统中，定点运算被广泛应用。
例如，在信号处理、图像处理和音频处理等领域，定点运算可以有效地提升系统的性能和效率。
5. 定点运算的局限性与克服方法尽管定点运算在嵌入式系统中具有广泛的应用，但也存在一些局限性。
定点运算对数值精度要求较高，容易出现溢出和精度损失的问题。
为了克服这些问题，我们可以采用增加定点数位数、使用更高精度的算法以及优化定点数表示等方法。
本文简要介绍了定点运算在嵌入式系统中的应用。
定点运算作为一种有效的数值计算方法，具有计算速度快、资源占用少的优势。
在实际应用中，我们需要根据具体的系统需求选择合适的定点数表示方法，并结合定点运算的原理和优化技巧，来提高嵌入式系统的性能和效率。
以上为本文对定点运算浮点运算嵌入式的简要介绍，希望能够对读者理解和应用定点运算提供一定的指导和帮助。
embedding 相似度计算
embedding 相似度计算
嵌入式相似度计算是指使用嵌入式向量来衡量两个项目之间的
相似程度。
嵌入式向量是将项目映射到连续向量空间中的表示形式，通常用于自然语言处理和推荐系统中。
在进行嵌入式相似度计算时，通常会使用余弦相似度或欧氏距离等度量来衡量向量之间的相似性。
首先，余弦相似度是通过计算两个向量之间的夹角来衡量它们
之间的相似性。
具体而言，余弦相似度是通过计算两个向量的点积
除以它们的模长乘积来计算的。
这种方法可以有效地衡量向量之间
的方向相似性，而不受向量长度的影响。
其次，欧氏距离是另一种常用的相似度度量方法，它衡量的是
两个向量之间的距离。
欧氏距离的计算方法是通过计算两个向量之
间对应维度上的差的平方和，然后取平方根。
欧氏距离可以很好地
衡量向量之间的绝对相似性，但在高维空间中可能受到维度灾难的
影响。
除了这两种常见的相似度计算方法外，还有其他一些方法，如
曼哈顿距离、切比雪夫距离等，可以根据具体的应用场景和数据特
点选择合适的相似度计算方法。
在实际应用中，嵌入式相似度计算常用于推荐系统中的物品相似度计算、文本相似度计算等领域。
通过计算项目之间的嵌入式向量表示的相似度，可以帮助系统更好地理解和挖掘数据之间的关联性，从而提高推荐的准确性和用户体验。
总的来说，嵌入式相似度计算是通过比较项目之间的嵌入式向量来衡量它们之间的相似程度，可以通过余弦相似度、欧氏距离等方法来进行计算，广泛应用于自然语言处理和推荐系统等领域。
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供电：
昂贵的包装和冷却影响系统的造价、大小和重量
性能是什么？
• 延时（或者响应时间或者执行时间）
– 完成一个任务的时间
• 带宽（流通量）
– 单位时间任务完成的个数来自性能测量• 桌面性能哪个是最好的？ ＿＿ • 硬实时任务哪个是最好 的？＿＿
未来计算基础构造
物理复习
□能量用焦耳度量的 □功率是能量消耗率，用瓦特度量（单位是：焦耳／分钟） □瞬间的功率可以用电压＊电流计算 □电池容量的用焦耳为单位度量 ．720焦耳／克锂电池 Intel Xscale上一条指令大约消耗1nJ
－用于机顶盒，DVD播放器，数字摄象机
DSP处理器
一个32位DSP指令： 等同于RISC ISA中的一个乘法，3个加法和2个装入指令
网络处理器
嵌入式计算机编程
• 微型控制器，数字信号处理器，网络处理器，媒体处理器 通常都有复杂的、不正交的指令集，并带有专门的指令和 特殊的存储结构
－弱的编译代码质量（编译后代码峰值的％） －很高的静态代码效率 －高的MIPS/S和MIP S/W －通常在关键循环中，使用汇编代码
消除小故障
－平衡逻辑路径来避免启动时的小故障 －使用单调的逻辑
减少切换电容
• 降低切换电容C
– – – – 不同的逻辑结构（逻辑的，传递晶体管，动态的） 注意晶体管的大小 紧密的布局 分段结构 当发送值给C 共享总线由A/B驱动 当B传输给C时，插 入切换以隔离总线分段
降低供电电压
• 每次电源切换，可节省4倍的能量—BIG效应 • 电路速度降低 • 必须降低时钟的频率以维持正确性
• 流水加法器/比较器
“刚刚够”的性能
• 通过降低频率和电压到最低限度，节省能量到（通常在操 作系统中进行）
Transmeta Crusoe TM5400电压变化
嵌入式计算机的类型
• 通用处理器
– 通常都很贵，很热，过于不可预测，并且需要太多的支持嵌入应 用的逻辑
• 微型控制器
– 强调位级的操作和强控制流操作（一个可编程状态机器） – 通常包含片内存储器和I/O设备
嵌入式计算机的重要参数
实时性能：
硬实时：如果截止时间超出，系统就是失败的（汽车刹车） 软实时：截止时间的超出只是降低了系统的性能（DVD上的回放）
实际的I/O性能：
传感器和制动器需要连续的I/O（不能切换进程）
代价：
包含支持结构和特殊存储器的代价 静态代码的大小非常重要（涉及到ROM/RAM的代价） 通常要传送成千上万份的拷贝（值得工程师花时间家底代价）
• 一个工程师开发一年的代码，使系统节省1美元，将会传 送1000000个单元 • 汇编代码比ASIC芯片设计简单 • 但是，改进空间……
－需要更多的电源／地线引脚来降低电阻R －需要薄而长的片上金属线或者专用的金属层
切换电流引起感应电源电压反弹∝Ldl/dt
－需要更多/更短的引脚来降低电感线圈L －需要片内去耦电容，来帮助瞬时切换的旁路 能量的耗费就象热量一样，温度的升高会降低速度和可靠性 －需要更贵的封装和冷却系统 －风扇噪声 －便携机温度
嵌
入
式
计
算
Krste Asanovic 计算机实验室 麻省理工学院
你拥有多少微处理器？
□在发达国家里，平均每人拥有大约100个微处理器． 几乎所有的都是嵌入式的 □或许到2012年的时候，平均每个人都有10000个微处理 器． （这个是依据了Moore定律）
未来的计算基本构造
什么是嵌入式计算机
在吞吐量固定的情况下 利用并行结构降低能量
• 8位加法器/比较器
40MHz 5V电压 面积 = 530 kμ2
• 两个并行交叉的加法器/比较器
– 20MHz 2.9V， 面积= 1,800 kμ2 (3.4x)
– Power = 0.36 Pref
• • •
一个管道地址比较单元 – 40MHz at 2.9V, area = 690 kμ2 (1.3x) – Power = 0.39 Pref – 20MHz ，2.0V, 面积= 1,961 kμ2 (3.7x) – Power = 0.2 Pref
□一个计算机不仅用来运行一般目的程序的，而且可以用来 作为一个系统的一部分．一般而言，用户不能改变计算机 的程序（除了做较少的升级） □应用实例：数码相机
游戏机 电视 洗碗机 汽车 路由器
等等 ．
早期的嵌入式计算例子
●MIT 旋流式，1946-51 为实时飞翔模拟而开发的 ●微软4004,1971 为了Busicom141-PF打印计算表而开发的
功率和能量的对比
• 系统A有比较高的功率最高点，但是整个能量低一些． • 系统B有低一些的功率最高点，但是整个能量要多一些
对计算机系统的影响
每个任务消耗的能量决定了电池的生命
－第二个结果，另一种效应是较高的电流减少有效的电池能量容量（高 功率同时也会降低电池的生命）
电流会使IR下降，即电源提供电压下降
– 无源和泄漏二极管会泄漏成衬底二极管
降低切换功率
功率正比于活动＊½ CV2＊次数 降低活动 降低切换电容C 降低提供的电压V 降低频率
减少活动
• 时钟门控
－不需要的时候不要触发时钟 －避免下行舜变逻辑 －P4有几百个门时钟
• 总线编码
－选择编码减小平均舜变（地址总线的格林码） －压缩方案（移动少数的位）
• 数字信号处理器（DSP）
– 围绕多个累加引擎进行组织，用于数字信号处理应用
• 可编程门阵列
– 为了一些应用，重新配置逻辑电路，替换处理器／DSP
特有领域处理器的新形式
• 网络处理器
－8-16的单线程处理器内核阵列，组织在一个芯片内，用于处理互联网 数据包
• 媒体处理器 －传统的RISC或者VLIW引擎，扩展媒体处理指令（SIMD或向量机）
能量在CMOS中的消耗
• 主要构件： □电容充电（85-90%活动能量）
．能量是½ CV2每次跳变
□短电路电流（10-15%活动能量）
．当p沟道和n沟道晶体管信号跳变引起启动时
□阈下泄漏（主要是不活动的时候）
．晶体管不会完全关掉 ．当电源频繁打开关闭时，它也是耗电的重要因素
□二极管泄漏（可以忽略）
降低频率
• 不用节省能量，只需要减少消耗率
– 一些电池寿命的延长来源于减少放电率
降低能量的电压变化
• 降低供电电压0.5，每次舜变时可以节省能量0.25 • 性能降低需要用慢时钟 • 可用并行结构重新提高性能 • 另外，通过降低电压到刚刚好的性能，可以把多余的性能 用在较低能量（组件） • 动态电压变化