—262
—
SoC 处理器的电源管理系统设计
何允灵，秦 娟，王 佳，倪 明，柴小丽
(华东计算技术研究所，上海 200233)
摘 要：从软硬件角度探讨SoC 处理器电源管理系统的设计，分析SoC 处理器PMU 的特征，根据其应用需求讨论有关PMIC 的设计问题，包括：电源IC 内部结构及选型原则，数字PMIC 与传统电源IC 相比所做的改进，一种新的电源管理总线——PMBus 和一种高度整合的PMIC 应用。从嵌入式操作系统的角度分析了动态电源管理系统的设计。
关键词：片上系统；电源管理单元；电源管理芯片；低压差线性稳压器；开关电源；数字电源管理
Power Management System Design for SoC Processor
HE Yun-ling, QIN Juan, WANG Jia, NI Ming, CHAI Xiao-li
(East-China Institute of Computer Technology, Shanghai 200233)
【Abstract 】This paper studies the power management system design for the System-on-Chip(SoC) processor technology. The characteristic of the processor’s Power Management Unit(PMU) is analyzed. According to its application demands, it discusses the design problems of Power Management IC(PMIC), which includes: the interior architecture of the power IC and its selection principle, the improvement of the digital PMIC in contrast with the traditional power IC, the application of a new power management bus called PMBus and a highly integrated PMIC. It analyzes the design of Dynamic Power Management(DPM), which is a module in the embedded operating system.
【Key words 】System-on-Chip(SoC); Power Management Unit(PMU); Power Management IC(PMIC); Low Dropout Regulator(LDO); switching regulator; digital power management
计 算 机 工 程Computer Engineering 第34卷 第16期
Vol.34 No.16 2008年8月
August 2008
·工程应用技术与实现·文章编号：1000—3428(2008)16—0262—03
文献标识码：A
中图分类号：TP303
随着微电子技术和半导体工艺的迅速发展，一个复杂的系统能被集成在一个硅片上，片上系统(System-on-Chip, SoC)的时代已经来临。采用SoC 解决方案，重新利用已有设计，并在此基础上增加新功能的做法，可以分摊设计费用，在保持系统成本的情况下提高性能。SoC 处理器实现了在单芯片上整合多种功能，如中央处理器、模拟与数字基带处理器、音频和图形处理器等。多种功能带来多档电源的需求，随着这些功能的添加，对处理器处理能力的要求也越来越高，迫使处理器主频不断提高。由于以上原因，SoC 处理器的功耗一直居高不下，因此在实际应用中必须设法降低其功耗。
1 SoC 处理器的电源管理
在运行不同的任务时，SoC 处理器对电源的需求不同。
如运行在线互动游戏时要求处理器全速运行，必须增加供电；播放音乐时可降低处理器频率，以可减少供电；而在系统不使用时，可关闭核心供电，使处理器进入睡眠状态。由此可见，如果供电系统能根据运行任务实时调整供电状态，就可减少不必要的能耗，提高系统能源利用率。
可以利用SoC 自身先进性和高集成度的优点，结合应用需求，为其量身定做一套完善的电源管理系统，解决功耗问题。其内部需要一个专门的电源管理单元(Power Management Unit, PMU)。SoC 处理器的PMU 一般具备以下特性：
(1)需要外部电源芯片提供多档电源，或在某档电源上施加较高的电流。原因在于SoC 处理器通常要求其核心、I/O 设备和存储单元等独立供电，而这些单元对电压、电流、频率等的要求通常各不相同。
(2)应能为外部供电系统提供专用控制信号，通过PMU 控制寄存器设定这些控制信号的状态，实现实时软件控制机制，最终实现动态电源管理。这些控制信号有：打开或关闭供电系统的使能信号，控制供电系统输出电压大小的数字接口信号等。
(3)PMU 的一些基本接口信号如系统复位、电源状态指示信号等发生变化后，SoC 处理器状态将随之改变。
由此可见，PMU 作为外部供电系统和内部功能单元之间的供电桥梁，在系统节电中起着非常重要的作用。
SoC 处理器电源管理系统框图如图1所示。
图1 SoC 处理器电源管理系统
作者简介：何允灵(1980－)，女，工程师、硕士研究生，主研方向：嵌入式计算机；秦 娟、王 佳，助理工程师；倪 明，研究员；柴小丽，高级工程师
收稿日期：2007-09-30 E-mail ：heyl@https://www.doczj.com/doc/3411878209.html,
PMU由内部DC/DC和PMU寄存器等构成，此外，SoC
处理器中还集成了处理器核、PLL、存储、I/O等，PMU为
这些单元供电，并利用控制信号控制外部供电系统。供电系
统由若干个电源管理芯片(Power Management IC, PMIC) 组成。
由此可见，传统的电源芯片已不能满足SoC处理器的要求，需进一步改进，而PMU和PMIC之间也需要一种规范的
电源管理总线。在电源系统设计的整个过程中，从硬件设计
的角度考虑，为满足处理器多档电源的需求，实现高效率DC/DC转换，应仔细做好PMIC的选型、电源管理总线及PCB
设计等工作；从软件设计的角度考虑，为达到优化电源管理
的目的，在嵌入式操作系统中加入电源管理模块，根据应用
的需求，由软件实时设定PMU寄存器，继而控制相应的PMU
接口信号，改变外部PMIC的供电状态。
2 电源管理芯片
2.1 内部结构
电源管理系统设计的第1步就是电源IC的选型。针对SoC产品采用的电源IC，根据内部结构的不同，分为2大类：线性稳压器和开关电源[1]。
线性稳压器通过一个电压控制电流源来控制输出电压，
如图2所示，其中控制电路监控输出电压，在保持其大小固
定的情况下，调整相应的电流大小。因此，电流源的设计规
范决定了该线性稳压器在保持输出电压正常时的最大负载
LOAD
R LOAD
图2 线性稳压器内部结构
常用的低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator, LDO)，压差只有1.3 V~0.2 V，可实现5 V转3.3 V/2.5 V、3.3 V转2.5 V/1.8 V/1.3 V/1.1 V等各类要求。其所需的外围
器件数目少、使用方便、成本低、纹波小、无电磁干扰，但
这种芯片通常效率不高，而且功耗比较大。
大多数开关电源内部采用脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)，它需要外部电感和电容形成L-C网络，
由PWM产生的一系列方波经滤波后控制DC输出，方波宽
度决定输出大小。由于采用了PWM，因此开关电源的转换效
率要比LDO高。为进一步减少电源消耗，高级开关电源还具
有自动脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation, PFM)/ PWM模式转换功能，以尽量提高宽负载范围内的转换效率：在轻负载情况下，工作于PFM模式；而当负载电流大于一定
毫安时，则采用PWM控制。
常用的开关电源有3类：降压型BUCK，升压型BOOST
以及反相型BUCK-BOOST。开关电源与LDO相比，其转换
效率高、散热少，缺点是成本高、体积大、噪音大，电感器
频率外泄干扰较难避免，设计时需考虑其EMI辐射。
采用何种电源设计方案，应结合上述2类电源IC的特点，取决于具体的应用需求。通常，小功率或对电源效率要求较
低的时候，可采用LDO供电，如锁相环模块的供电；但是在
大功率或对电源效率要求较高的场合，应采用开关电源，如处理器核供电要求高效和大电流驱动，通常采用开关电源。有时也采用两者结合的方式，为系统供电提供一种平衡的方案。
2.2 传统电源芯片
传统电源芯片完全采用模拟方案，如输出电压、工作频率、过电流保护门槛等参数，通过外部阻容设定，而过电压保护门槛，用户可能不作改动或根本无法改动，应用时即使采用同样的电源芯片，不同电源用户的硬件电路也可能不同，而且外部固定的无源元件参数一旦确定，就不可更改。因此，若在SoC应用系统中使用这类电源芯片，不可能做到动态调节其供电状态。
2.3 数字电源管理芯片
2.3.1 使能端
SoC处理器各部分电源常采用互相隔离的不同电压，必须由多片电源IC供电。为节省供电量，通常某功能单元不工作时，都希望为其供电的电源IC进入睡眠状态。因此，要求该电源IC具有使能控制端：当使能端信号无效时，片子无输出电压，进入睡眠状态。利用使能端关闭电源IC可动态降低静态电流的消耗，如LDO的典型关断电流在纳安量级。
2.3.2 数字接口I2C
有了数字接口，PMU就可精确控制PMIC的供电状态。如I2C 控制型降压器LTC3447：处理器将控制信息通过I2C 接口发送给LTC3447，由其内部一个n位DAC根据I2C数据把输出电压设定在某一范围之内。初始起动电压通过外部反馈电阻器来设定，一旦通过I2C对内部DAC 进行更新，则该电源IC将从外部反馈电阻器切换至内部DAC控制输出[2]。
采用通用串行标准I2C，只需2根线即可达到精确控制，接口简单。通过将软件工具、处理器控制功能与I2C相结合，设计师可动态、精确调整电源IC的输出电压，数字单元与模拟电源管理IC之间实现了高性能信息交换，电压、电流以及功率的实时调整成为现实，因此，在SoC处理器和电源IC 之间接入数字接口，在现有的满负载到系统待机模式之间存在多种省电模式，可大大降低功耗。
2.3.3 数字电源开放标准协议
电源管理总线(PMBus)是一种开放标准的数字电源管理协议，用来控制功率转换和管理器件，可用于主系统与电源子系统之间的通信。目前不少厂商已有基于PMBus的产品问世，如美信的MAX8688。PMBus的出台对数字电源设计形成了有力的推动作用[3]。图3为PMBus的基本结构。
图3 PMBus的基本结构
SMBDAT, SMBCLK及SMBALRT信号均为电源管理总线标准的一部分，而GEN CTRL信号可用作任何控制信号，如接通或切断信号。类似于I2C，PMBus的通信是按照1个简单的命令集进行的，每个包包含1个地址字节、1个命令字节、若干个数据字节以及1个可选的包错误码字节。使用
—263—
PMBus，可使用命令集实现对数字电源产品的全面配置。2.4 高度整合的PMIC
SoC处理器高集成度的特性决定了其电源系统需要多片电源IC，且特性各异，如不同的输出电压、负载电流，不同的内部结构和外部接口。而采用多片电源IC的设计方式必然导致PCB面积和干扰等其他因素的增加，使得一片SoC处理器周边围绕着体积大于其数倍的电源IC，降低了SoC在实际应用中的种种优越性。因此，主要的处理器电源管理方案厂商如国半、美信等都推出了解决方案，即高度整合的电源管理芯片。采用一片高度整合的电源IC，集合上述各类PMIC 的内部结构和外部接口于一片IC中，可在最小的PCB面积中满足系统设计对电源的要求，包括数档电源、省电运行模式、高效的能量转换、电池充/放电周期的精确控制等。
图4为国半推出的一款电源管理芯片LP3971，内建3个高频降压转换器BUCK和6个LDO，提供多个电源电压，可满足大部分处理器的要求，并可根据核心电源管理器和系统架构的要求进行优化。I2C可以动态地调整并测量通常为处理器内核供电的主电压转换器的输出电压，另外的电压转换器可用于I/O、存储器或其他外设。LP3971与PMU的接口更加简化，各个电源块的(所有LDO和BUCK)开关不是通过各自独立的使能端，而是通过I2C实现不同的电源块在开关之
[4]
图4 电源管理芯片LP3971
单芯片电源解决方案整体体积小，装配成本低。但相应的高集成度降低了成品率，设计周期长，提高了价格，又由于其输出管脚多，难以靠近负载，因此设计时不应拘泥于单片解决方案。
3 软件实现
硬件提供的电源管理机制，需要软件来发挥它的功效。SoC的复杂性决定了其软件不可能采用简单的前后台方式，它需要操作系统对资源和任务进行合理配置。实时嵌入式操作系统是软件上能实现电源管理的理想方式，原因在于：(1)它决策不同任务的运行，可实时收集相关任务的限制信息和性能需求信息；(2)它可以直接控制底层硬件。
在操作系统级别的电源管理中，传统的技术是当系统不使用时简单地进入静态模式：睡眠或挂起。动态电源管理(Dynamic Power Management, DPM)突破传统，由IBM的Austin研究实验室和MontaVista软件公司提出，最初在IBM 405LP处理器平台的Linux系统中实现。在DPM中，不仅采用了传统的节电技术，即某功能单元不使用时，关闭其供电设备，进入低功耗模式待机，还采用了一种更高效的方法：动态可变电压DVS和动态可变频率DFS，即在系统运行时动态调节CPU频率/电压，例如，播放MP3和运行游戏时的CPU 频率/电压不同。甚至在播放MPEG4视频过程中，一帧播放完，先降低供电电压，然后提高电压以播放下一帧，可见在每个视频帧播放的瞬时间隔内DPM都实现了节电。当然，DVS/DFS技术是通过对电源芯片的数字接口编程实现的。通过这些例子可以看出：DPM实现了在满足瞬时性能的前提下系统有效能量供给率最大化。
DPM是一个操作系统模块，其架构可对设备和设备驱动进行管理，策略管理者和应用程序通过简单的API和该模块交互，适合对SoC处理器进行有效的电源管理。DPM是以策略框架为中心的软件结构。其中包含几个重要的概念：操作点(operation point)，操作状态(operation state)，策略(policy)和约束(constraint)[5]。
(1)操作点：由系统的设计者定义，操作点封装了最小的、相互关联的、物理的离散参数集合。一般来说，参数主要是CPU的频率、电压、电源管理模式、总线频率以及各外设的状态等。在给定时间点上，系统总是运行在某个特定操作点上，与之关联的能耗等级也是确定的。
(2)操作状态：工作负荷是一个连续值，而操作点却是离散的，因此，需要对工作负荷的范围进行划分。一般可以把操作系统看作一个状态机，通过事件的触发，操作系统在各个状态之间切换。把操作系统的状态与操作状态一一对应，对应不同的工作负荷范围，再映射到不同的操作点上。当操作系统任务上下文调度切换的时候，根据任务状态，直接调用DPM的相关例程，应用新的操作状态。
(3)策略：定义一个策略就是定义每个操作状态所映射的操作点，策略是DPM中最高级的抽象对象。在DPM架构中，策略管理者不会直接对设备的状态进行管理，而是通过底层的驱动来管理设备的功耗。
(4)约束：在某个操作状态下，当某个睡眠的设备需要被唤醒时，通过设备驱动对DPM声明约束，接着DPM选择一个操作点，使得在该操作点下，该设备能够正常工作，选择的机制可以在策略中定义。
DPM技术通过内核模块的方式实现任务级别电源管理，实现了有效的设备电源管理，补充了基于桌面系统APM和APCI电源管理技术的不足。实践证明，DPM对嵌入式系统，尤其是SoC处理器在移动便携式设备中的应用，能够起到很好的节能效果。
4 结束语
集成电路的发展带来了高度整合的SoC处理器和先进的电源IC，使得系统的硬件设计更加简洁、容易和高效。同时，在电源管理方面，硬件功能的扩展为软件提供了交互的平台，操作系统的电源管理功能增强，极大降低了系统功耗，使得系统在较长时间内能实现更多功能，满足人们的多种需求。但无论是从硬件还是软件方面来看，在SoC处理器的电源管理方面，今后还有很多值得研究和改进之处。
参考文献
[1] Powering CoolRunner-II CPLDs[Z]. Xilinx Inc.. 2003-05-19.
[2] LTC3447芯片手册[Z]. Linear Inc.. 2005.
[3] White B. PMBus——数字电源开放标准协议[J]. 今日电子, 2005,
(9): 49-51.
[4] LP3971芯片手册[Z]. National Semiconductor Inc.. 2006-03.
[5] Dynamic Power Management for Embedded Systems(Ver1.1)[Z].
IBM, MontaVista Inc.. 2002-11-09.
—264—
1引言 (2) 1.1编写目的 (2) 1.2背景 (2) 1.3定义 (2) 1.4参考资料 (2) 2总体设计 (3) 2.1需求规定 (3) 2.2运行环境 (4) 2.3基本设计概念和处理流程 (4) 2.4结构 (6) 2.5功能器求与程序的关系 (8) 2.6人工处理过程 (9) 2.7尚未问决的问题 (9) 3接口设计 (9) 3.1用户接口 (9) 3.2外部接口 (9) 3.3内部接口 (10) 4运行设计 (10) 4.1运行模块组合 (10) 4.2运行控制 (10) 4.3运行时间 (10) 5系统数据结构设计 (11) 5.1逻辑结构设计要点 (11) 5.2物理结构设计要点 (11) 5.3数据结构与程序的关系 (11) 6系统出错处理设计 (11) 6.1出错信息 (11) 6.2补救措施 (12) 6.3系统维护设计 (12)
概要设计说明书 1引言 1.1编写目的 说明编写这份概要设计说明书的目的，指出预期的读者。 概要设计说明书的目的：概要设计说明书又称系统设计说明书，这里所说的系统是指程序系统。编写该文档的目的在于明确整个系统的需求、对该项目进行总体设计、详细说明对程序系统的设计考虑（包括：程序系统的基本处理、流程、程序系统的组织结构、模块划分、功能分配、接口设计、运行设计、数据结构设计和出错处理设计等），为程序的详细设计提供基础。使系统开发人员和产品管理人员明确产品功能，可以有针对性的进行系统开发、测试、验收等各方面的工作。从该阶段开发正式进入软件的实际开发阶段，本阶段完成系统的大致设计并明确系统的数据结构与软件结构。在软件设计阶段主要是把一个软件需求转化为软件表示的过程，这种表示只是描绘出软件的总的概貌。而它的真正目的是进一步细化软件设计阶段得出的软件总体概貌，把它加工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。 预期读者：项目开发人员、编程人员、软件维护人员、技术管理人员、执行软件质量保证计划的专门人员、参与本项目开发进程各阶段验证/确认以及负责最后项目验收人员、合作各方有关部门的负责人、项目组负责人和全体参加人员等 1.2背景 说明： a.待开发软件系统的名称：题库管理系统。 b.列出此项目的任务提出者、开发者、用户以及将运行该软件的计算站（中心）。 任务提出者：北京京胜世纪科技有限公司 开发者：天津职业大学电信学院软件技术2班，小组开发人员：边继红 用户：从事教育事业的教学教师以及在学学生等 运行该软件的计算站：天津职业大学电信学院 1.3定义 1.考试科目：对应教学计划中的课程名称 2.试题类型：包括客观题（单选、多选、判断、填空）和主观题（简答、论述）两大类 3.题目难度：主观上分为较难、一般、容易三种,，录入试题时由试题创建者确定； 4.难度系数：是衡量试题难易程度的客观指标，定义为正确率的倒数： 难度系数= 100 /正确率，初值设为2，以后通过考试结果由系统自动计算。 数值越大，说明错误率高，即难度越大。 5.用户类型：根据权限分为：管理员、任课教师、学生三种角色
DC-DC开关电源管理芯片的设计 引言 电源是一切电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。而开关电源更为如此，越来越受到人们的重视。目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化，其功耗都比较大，要求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高，必须采用高效率的DC/ DC开关稳压电源。 目前电力电子与电路的发展主要方向是模块化、集成化。具有各种控制功能的专用芯片，近几年发展很迅速集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便。 从另一方面说在开关电源DC-DC变换器中，由于输入电压或输出端负载可能出现波动，应保持平均直流输出电压应能够控制在所要求的幅值偏差范围内，需要复杂的控制技术，于是各种 PWM控制结构的研究就成为研究的热点。在这样的前提下，设计开发开关电源DC-DC控制芯片，无论是从经济，还是科学研究上都是是很有价值的。 1. 开关电源控制电路原理分析 DC－DC变换器就是利用一个或多个开关器件的切换，把某一等级直流输入电压变换成另—等级直流输出电压。在给定直流输入电压下，通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压控制方法之一就是采用某一固定频率进行开关切换，并通过调整导通区间长度来控制平均输出电压，这种方法也称为脉宽调制［PWM］法。 PWM从控制方式上可以分为两类，即电压型控制（voltage mode control）和电流型控制（current mode control）。电压型控制方式的基本原理就是通过误差放大器输出信号与一固定的锯齿波进行比较，产生控制用的PWM信号。从控制理论的角度来讲，电压型控制方式是一种单环控制系统。电压控制型变换器是一个二阶系统，它有两个状态变量：输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。二阶系统是一个有条件稳定系统，只有对控制电路进行精心的设计和计算后，在满足一定的条件下，闭环系统方能稳定的工作。图1即为电压型控制的原理框图。 图1 电压型控制的原理框图 电流型控制是指将误差放大器输出信号与采样到的电感峰值电流进行比较．从而对输出脉冲的占空比进行控制，使输出的电感峰值电流随误差电压变化而变化。电流控制型是一个一阶系统，而一阶系统是无条件的稳定系统。是在传统的PWM电压控制的基础上，增加电流负反馈环节，使其成为一个双环控制系统，让电感电流不在是一个独立的变量，从而使开关变换器的二阶模型变成了一个一阶系统。信号。从图2中可以看出，与单一闭环的电压控制模式相比，电流模式控制是双闭环控制系统，外环由输出电压反馈电路形成，内环由互感器采样输出电感电流形成。在该双环控制中，由电压外环控制电流内环，即内环电流在每一开关周期内上升，直至达到电压外环设定的误差电压阂值。电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的，并且监测输出电
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第三章习题解答 3.1处理器有哪些功能？说明实现这些功能各需要哪些部件，并画出处理器的基本结构图。 处理器的基本功能包括数据的存储、数据的运算和控制等功能。其有5个主要功能：①指令控制②操作控制③时间控制④数据加工⑤中断处理。其中，数据加工由ALU 、移位器和寄存器等数据通路部件完成，其他功能由控制器实现。处理器的基本结构图如下： 寄存器组 控制器 整数单元 浮点单元 数据通路 处理器数据传送 到内存数据来自内存数据传送到内存指令来自内存 3.2处理器内部有哪些基本操作？这些基本操作各包含哪些微操作？ 处理器基本操作有：取指令、分析指令、执行指令。 取指令：当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址取出一条程序，为此要发出指令地址及控制信号。 分析指令：对当前取得的指令进行分析，指出它要求什么操作，并产生相应的操作控制命令。 执行指令：根据分析指令时产生的“操作命令”形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器及输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。 3.3什么是冯·诺伊曼计算机结构的主要技术瓶颈？如何克服？ 冯·诺伊曼计算机结构的主要技术瓶颈是数据传输和指令串行执行。可以通过以下方案克服：采用哈佛体系结构、存储器分层结构、高速缓存和虚拟存储器、指令流水线、超标量等方法。
3.5指令系统的设计会影响计算机系统的哪些性能？ 指令系统是指一台计算机所能执行的全部指令的集合，其决定了一台计算机硬件主要性能和基本功能。指令系统一般都包括以下几大类指令。：1）数据传送类指令。（2）运算类指令 包括算术运算指令和逻辑运算指令。（3）程序控制类指令 主要用于控制程序的流向。 （4）输入/输出类指令 简称I/O 指令，这类指令用于主机与外设之间交换信息。 因而，其设计会影响到计算机系统如下性能: 数据传送、算术运算和逻辑运算、程序控制、输入/输出。另外，其还会影响到运算速度以及兼容等。 3.9某时钟速率为2.5GHz 的流水式处理器执行一个有150万条指令的程序。流水线有5段，并以每时钟周期1条的速率发射指令。不考虑分支指令和乱序执行带来的性能损失。 a)同样执行这个程序，该处理器比非流水式处理器可能加速多少？ b)此流水式处理器是吞吐量是多少（以MIPS 为单位）？ a.=51p T nm S T m n =≈+-串流水 速度几乎是非流水线结构的5倍。 b.2500M IPS p n T T =≈流水 3.10一个时钟频率为2.5 GHz 的非流水式处理器，其平均CPI 是4。此处理器的升级版本引入了5级流水。然而，由于如锁存延迟这样的流水线内部延迟，使新版处理器的时钟频率必须降低到2 GHz 。 (1) 对一典型程序，新版所实现的加速比是多少？ (2) 新、旧两版处理器的MIPS 各是多少？ （1）对于一个有N 条指令的程序来说： 非流水式处理器的总执行时间s N N T 990 106.1)105.2/()4(-?=??= 5级流水处理器的总执行时间s N N T 991 10)4(2)102/()15(-?+=?-+= 加速比=42.310 +=N N T T ，N 很大时加速比≈3.2 （2）非流水式处理器CPI=4，则其执行速度=2500MHz/4=625MIPS 。 5级流水处理器CPI=1，则其执行速度=2000 MHz /1=2000 MIPS 。 3.11随机逻辑体系结构的处理器的特点是什么？详细说明各部件的作用。 随机逻辑的特点是指令集设计与硬件的逻辑设计紧密相关，通过针对特定指令集进行
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 华南农业大学 软件开发技术实践 课程设计实验报告 小组成员： 教师：林毅申 提交日期： 2013年11月30日
华南农业大学信息学院 课程设计
1、基本信息 1.1 小组基本信息 1.2 项目基本信息 这次我们小组开发的是一个面向一所大学内的任课老师以及在校学生的题库管理系统。作为数字化校园的一部分，该系统的主要的功能包括为教师用户提供的查阅题库，新组试卷功能和面向学生的在线考试功能。题库分为两部分，一部分是之前教师利用组卷功能得到并保存的试卷，一部分是不同类型的题目。题目范围为学校内各门课程期末考试的试题，包括公共基础课以及各学院开设的不同课程。题目不仅包括普通的文字类题目，还包括一些包含复杂元素如图片，特殊公式等的题目，做到基本兼容现在学校内能看到的题目。 考虑到小组成员的技术水平以及项目的实际需要，该系统是采用C/S模式。为提高效能，服务器方面采用IOCP模型，客户端采用WPF技术来改善Winform在界面上的劣势。 1.3 项目技术信息
2、系统架构图 注：实线表示数据传输方向，虚线表示模块间调用关系，由被调用者指向调用者 服务器程序: 数据加密模块： 采用一种加密算法，（具体哪种算法等系统实现时，再进行确定），将即将发送的数据进行加密。保证数据再传输过程中的安全性。与客户端中的数据加密模块原理一样。 数据解密模块： 采用与加密算法相对应的解密算法，将接受到数据，进行解密，还原得到原始的数据。与客户端中的数据解密模块原理一样。 消息队列： 为了能实现同时让尽量多的客户连接到服务器，所以不使用一线程处理一客户模型的服务器。这里的消息队列是将所有用户对服务器的各种请求按照先进先出的规则排列起来。等待处理。如果实现是使用windows io完成端口和对应的SOCKET进行绑定，这个消息队列是由系统生成和维护的。 工作者线程池： 线程池用于维护和管理服务器中所有以工作者身份存在的线程，工作者线程就是用来处理客户请求的线程。线程池的线程会互斥的到消息队列中取出对应的客户请求进行处理。没有请求时候，所有线程都处于阻塞状态等待消息队列中出现客户请求。当工作者线程获得客户请求的时候会按顺序去调用数据解密模块，数据传输格式解析模块，业务逻辑处理模块，加密发送数据模块。 数据传输格式解析模块： 数据在网络传输的过程中，我们给它规定特定的格式。通过该模块，服务器可以清楚的知道，客户需要服务器为他实现哪些功能。但是这里解析的数据需要通过解密之后，才能解析。对应的客户端想要与服务器进行交互，就需要使用这个特定的格式发送数据。 业务逻辑处理模块： 这个模块就是服务器具体工作的模块，模块中包含服务器能够为客户端提供的所有服务。工作者线程通过解析数据格式，知道客户的需求，再从这个模块中调用指定的服务。这个模块也是直接和数据库进行交互的模块。 数据发送加密模块： 业务逻辑模块处理完客户的请求的服务之后，需要为客户返回处理后的结果。可能是简单的操作成功和失败的返回结果，也可能是直接数据的传输。和加密模块结合在一起，说明数据发送前需要进行加密。 数据库模块： 采用sql server做数据库管理，https://www.doczj.com/doc/3411878209.html,技术实现面向业务层的接口。
第27卷第6期增刊 2006年6月 仪 器 仪 表 学 报 Chinese Journal of Scientific Instrument Vol.27No.6 J une.2006 嵌入式系统的低功耗设计 3 杨天池 金 梁 王天鹏 (解放军信息工程大学 郑州 450002) 摘 要 嵌入式系统的电源管理是系统设计中关键部分,合理的电源管理方案可以减少系统的功耗并提高整体性能。本文提出了一种层次化的电源管理结构,分别为硬件层、驱动层、操作系统层、电源管理层和应用层。本文同时引入了动态的电源管理方法来解决电源功耗的动态管理问题。通过在实际的系统中的测试表明,该电源管理机制的有效性。关键词 嵌入式系统 低功耗设计 动态电源管理 PXA255 Low pow er design in embedded system Yang Tianchi Jin Liang Wang Tianpeng (Universit y of I nf ormation Engineering ,Zhengz hou 450002,China ) Abstract Proper power management mechanism is important when designing embedded system.It is helpful to reduce power consumption and improve performance.This low power model adopt s five 2layer architecture ,which are hardware platform ,driver layer ,operating system ,power manage mechanism and application program.Dynamic power management (DPM )technology is also introduced to solve the problem of power consumption.The experiment on embedded system demonstrates t hat this power management mechanism is feasible.K ey w ords embedded system low power design dynamic power management PXA255 3基金项目:河南人才创新基金(0421000100) 1 引 言 随着嵌入式系统的发展以及应用面的不断扩展,功耗控制是系统设计中必不可少的组成部分。如何最大限度的降低系统功耗、减少不必要的能源损失、延长电池使用时间已经成为嵌入式系统特别是便携式系统设计中研究的热点问题。系统的低功耗设计,并非是某一方面、某一角度的解决方案,而应当从系统级的设计考虑功耗的节省,是一个硬件设计与软件控制相互结合的协调过程。 2 低功耗电路模型 低功耗设计对于无线设备、PDA 等便携式设备的实际应用具有重要的意义。低功耗元件的发展和系统设计的进步使得通用计算技术可以用到表、无线电话、 PDA 和桌面计算机中。在这些系统中的电源管理技 术传统上集中在休眠模式和设备能源管理这2个方面上[1]。但是,这样的电源管理缺乏直观性和灵活性,而且功耗的降低,并非单独软件、硬件单方面可以解决的[2],因此设计并建立如图1所示的系统低功耗设计模型。整个模型由硬件平台,驱动层,操作系统层,电源管理机制层和应用程序五个部分组成。 2.1 硬件平台 几乎所有系统功耗都集中于硬件平台,因此降低硬件平台的功耗是实现低功耗的基本所在。公式(1)为系统功耗的表达式: P ∞CV 2 f (1) 式中:C 是负载电容,V 是器件电压,f 是工作频率[3]。系统功耗同负载电容、器件电压平方以及工作频率成正比。因此,硬件平台设计多选用低电压,电压、频率可调器件,以及采用SOC 设计来进一步降低功耗[4,5]。另外,模式可控器件在空闲状态消耗的能量为运行状
《嵌入式微处理器系统》专题读书报告 姓名：全妤
1、引言 随着医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面的不断风靡，嵌入式系统利用自身积累的底蕴经验，重视和把握这个机会，想办法在已经成熟的平台和产品基础上与应用传感单元的结合，扩展物联和感知的支持能力，发掘某种领域物联网应用。作为物联网重要技术组成的嵌入式系统，嵌入式系统的视角有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。 2、嵌入式系统的概念 嵌入式系统被定义为以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积功耗严格要求的专用计算机系统。 2.1嵌入式系统的组成 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。 2.1.1 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 1）嵌入式微处理器 嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 2）存储器 嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。 3）通用设备接口和I/O接口 嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3411878209.html, 智能手机电源管理模块的设计 作者：芦昱昊 来源：《电子技术与软件工程》2017年第04期 摘要随着国民生活质量的不断提高，电子产品更新换代的速度也越来越快。通讯产品中的电源动力系统一直是开发者关注的重点，也是用户选择智能手机的关键选项，因此对智能手机电源管理模块的设计分析是十分必要的。 【关键词】智能手机电源模块设计管理 手机行业的发展变化可谓是日新月异，近年来肉眼可见的黑白屏到彩色屏、仅有通话功能到目前的各种实用应用，都是智能手机功能进步的体现。然而这些复杂功能的实现都是需要稳定的电源系统作为支持的，因此开展电源模块的电压以及效率设计管理是为智能手机的良好发展前景奠定基础。 1 智能手机电源管理模块的设计原则 智能手机的设计过程是设计师明确消费者对设备要求下进行的，因此需要从体积、重量、续航时间上等多方面进行详细考虑。智能手机体积的缩小处理是针对系统集中功能和元件封装技术的体现，因此需要考虑到减小PCB板后产生的各种影响。在体积和重量都有限制的情况下，提高电池的容量和密度是最佳的创新选择，同时注重电源系统在工作状态下的转化频率，也是处理续航时间的主要方案。由此可知，电源管理模块的转化率和能耗是手机改革重点，手机厂家需要从电能转化的效率和电源的使用效率两方面提高设备的科技含量，制造出具备高性价比和满足消费者需求的优势产品。 2 智能手机电源管理模块的设计分析 2.1 PMU 市面上很多电子产品需要根据实际功能调节出不同电压的电源，也就意味着电池在供电的同时还需要根据芯片迅速转换电压，转换期间的功率损耗也应当保持在规定范围之内，同时该电源模块还需要维持电源的充电安全。这样的新型电源模块电路被称作是电源管理单元，英文缩写为PMU，是为提高电源转化效率和降低能耗的电源管理方案。PMU的构架分为集中式和分布式，但是二者共同存在的几率很小，设计者需要在系统划分之初决定好使用哪种方案。集中式是仅执行PMU附近的单一处理器进行电压调节和电源切换工作，而分布式系统则是作用于每一个电源子系统上。二者的选择重点是从智能手机应用的数量和响应速度的要求，同时还要考虑到电源模块管理过程中的间隔距离。通过比较来看，PMU分布式的方案较集中式的灵活一些，只需要在系统之间加入一根电源轨，作为所有外围的电源连接线，那么每一个外围电
第1章 1.将下列十进制数转换成二进制数： （1）58；（2）67.625; （3）5721; 解：（1）58D = 0011 1010B （2）67.625D = 0100 0011.1010B （3）5721D = 0001 0110 0101 1001B 2.将二进制数变换成十六进制数： （1）1001 0101B；（2）11 0100 1011B；（3）1111 1111 1111 1101B；（4）0100 0000 10101B；（5）0111 1111B；（6）0100 0000 0001B 解：（1）1001 0101B = 95H （2）11 0100 1011B = 34BH （3）1111 1111 1111 1101B = FFFDH （4）0 1000 0001 0101B = 815H （5）0111 1111B = 7FH （6）0100 0000 0001B = 401H 3.将十六进制数变换成二进制数和十进制数： （1）78H；（2）0A6H；（3）1000H；（4）0FFFFH 解：（1）78H = 120D = 0111 1000B （2）0A6H = 166D = 1010 0110B （3）1000H = 4096D = 0001 0000 0000 0000H （4）0FFFFH = 65535D = 1111 1111 1111 1111B 4.将下列十进制数转换成十六进制数： （1）39；（2）299.34375；（3）54.5625 解：（1）39D = 27H （2）299.34375D = 12B.58H （3）54.5625D = 36.9H 5.将下列二进制数转换成十进制数： （1）10110.101B；（2）10010010.001B；（3）11010.1101B 解：（1）10110.101B = 22.625D
嵌入式系统中的低功耗设计 2008-12-31 18:19:55 作者：电子之都来源：电子之都浏览次数：59 网友评论 0 条 经过近几年的快速发展，嵌入式系统（Embedded system）已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分支。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增（IDC预测），嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。 在嵌入式系统的设计中，低功耗设计（Low-Power Design）是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中去，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电，所以设计人员从每一个细节来考虑降低功率消耗，从而尽可能地延长电池使用时间。事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题。 那么,我们应该从哪些方面来考虑低功耗设计呢？笔者认为应从以下几方面综合考虑： 1.处理器的选择 2.接口驱动电路设计 3.动态电源管理 4.电源供给电路的选择 下面我们分别进行讨论： 一、处理器的选择 我们对一个嵌入式系统的选型往往是从其CPU和操作系统（OS）开始的，一旦这两者选定，整个大的系统框架便选定了。我们在选择一个CPU的时候，一般更注意其性能的优劣（比如时钟频率等）及所提供的接口和功能的多少，往往忽视其功耗特性。但是因为CPU 是嵌入式系统功率消耗的主要来源---对于手持设备来讲，它几乎占据了除显示屏以外的整
个系统功耗的一半以上（视系统具体情况而定），所以选择合适的CPU对于最后的系统功耗大小有举足轻重的影响。 一般的情况下，我们是在CPU的性能（Performance）和功耗（Power Consumption）方面进行比较和选择。通常可以采用每执行1M次指令所消耗的能量来进行衡量，即Watt/M IPS。但是，这仅仅是一个参考指标，实际上各个CPU的体系结构相差很大，衡量性能的方式也不尽相同，所以，我们还应该进一步分析一些细节。 我们把CPU的功率消耗分为两大部分：内核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O，总的功率等于两者之和，即P=PCORE+PI/O。对于PCORE，关键在于其供电电压和时钟频率的高低；对于PI/O来讲，除了留意各个专门I/O控制器的功耗外，还必须关注地址和数据总线宽度。下面对两者分别进行讨论： 1、CPU供电电压和时钟频率 我们知道，在数字集成电路设计中，CMOS电路的静态功耗很低，与其动态功耗相比基本可以忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗计算公式为： Pd=CTV2f 式中，Pd---CMOS芯片的动态功耗 CT----CMOS芯片的负载电容 V----CMOS芯片的工作电压 f-----CMOS芯片的工作频率 由上式可知，CMOS电路中的功率消耗是与电路的开关频率呈线性关系，与供电电压呈二次平方关系。对于一颗CPU来讲，Vcore电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。所以，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第一章习题解答 1.1 什么是程序存储式计算机？ 程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。 存储程序原理又称“·诺依曼原理”，其核心思想包括： ●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中； ●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中 读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。 1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？ ●主机（CPU、主板、存）； ●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）； 1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.4 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？ 摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温…… 解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多核…… （为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。）
电源招聘专家 我国是一个煤矿事故多发的国家，为进一步提高煤矿安全防护能力和应急救援水平，借鉴美国、澳大利亚、南非等国家成功的经验和做法，2010年，国家把建设煤矿井下避难硐室应用试点列入了煤矿安全改造项目重点支持方向。 为了满足井下复杂的运行环境及井下避难硐室对电池电源运行稳定、安全可靠、大电流输出等关键要求，研发了基于MAX17830的矿用电池电源管理系统。 1 总体技术方案 根据煤矿井下的环境及井下避难硐室对电池电源运行稳定、安全可靠、大电流输出等关键要求，结合磷酸铁锂电池的特性，采用MAX17830作为矿用电池管理系统的采集与保护芯片。 本矿用电池电源管理系统由五部分组成，分别为显示模块、管理模块、执行机构、电池组、防爆壳。整个电池电源管理系统共设有4对接线口：24 V直流输出端口、24 V直流充电端口、485通信端口和CAN通信端口[1-2]。 本矿用电池电源管理系统的工作流程如图1所示。 2 电池电源管理系统硬件设计 2.1 器件选择及布局 本矿用电池电源管理系统设计所采用的主要器件如表1所示。 按照器件的功能及电池管理系统的特点，对器件进行布局设计，器件布局情况如图2所示。 2.2 核心电路解析 2.2.1 MAX17830介绍 MAX17830芯片由美国的美信半导体公司生产，包含12路电压检测通道、12路平衡电路控制引脚及2路NTC温度传感器。在本电池电源管理系统中使用了8路电压检测通道、8路平衡电路控制引脚和2路NTC温度传感器。MAX17830采集8个单体电池的电压并使用IIC通信协议与CPU通信，将采集的数据发送给CPU，接受CPU的控制[3-4]。 2.2.2 电池电压采集与过充保护电路 此电路围绕着MAX17830而设计，负责整个电池组单体电池的电压采集、过充保护、平衡管理等，其电路设计的原理图如3所示。 3 电池电源管理系统软件设计 3.1 软件基本功能 为了保证电池电源系统的稳定，设计电池电源管理系统软件的基本功能如下[5]： （1）动态信息的采样，对单体电压、单体温度、电池组电流、电池组电压进行采样；（2）电管理，根据系统动态参数对充电过程、放电过程、短路情况进行报警、主动保护多级管理措施； （3）热管理，电池单体高于或低于指定界限时电池电源管理系统将采取保护措施并报警；（4）均衡管理，充、放电过程中可对单体电池持续有效地提供高达70 mA的均衡电流，每块单体电池设有一路均衡电路； （5）数据管理，使用CAN/485通信协议可实时读取、调用系统存储的数据及管理系统工作状态。详实记录过流、过压、过温等报警信息，作为系统诊断的依据； （6）电量评估，长时间精准剩余电量估计，实验室SoC估计精度在97%以上（-40 ℃～
简单微处理器的设计 摘要：本课程设计采用EDA技术设计简单微处理器。系统设计采用自顶向下的设计方法。它由数的输入，数的比较，数的交换和结果输出四部分组成。系统实现采用硬件描述语言VHDL把系统电路按模块化方式进行设计，然后进行编程、时序仿真并分析。系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的应用价值。 关键词：处理器；输入；比较；交换
目录 1 引言 (1) 1.1课题设计的背景、目的 (1) 1.2 课程设计的内容 (1) 2 EDA、VHDL简介 (2) 2.1 EDA简介 (2) 2.2 VHDL简介 (2) VHDL语言的特点 (2) VHDL的设计流程 (3) 3 简单微处理器的设计过程 (4) 3.1设计规划 (4) 3.2 各模块设计及相应程序 (4) 4 系统仿真 (8) 1.数的输入. (8) 2 数的比较。 (8) 3 交换两个数。 (9) 4 结果输出（从小到大）. (9) 结束语 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
1 引言 随着社会的发展，科学技术也在不断的进步。特别是计算机产业，可以说是日新月异，而处理器，作为计算机中的一个重要部分，其性能从很大程度上决定了计算机的性能。本设计介绍的简单微处理器，要求具有以下验证程序所要求的功能：输入包含10个整数（无符号数）的数组M，按从小到大的顺序输出这10个数。 1.1课题设计的背景、目的 微处理器技术的发展是与微电子技术即大规模集成电路技术的发展分不开的。微电子技术以每18个月集成度提高一倍的速度迅速发展。20世纪80年代初，主要是16位微处理器8086/8088。1985年推出了80386微处理器，完成了16位体系结构向32位体系结构的转变。1989年80486出现了。80486的设计目标是提高指令执行速度和支持多处理器系统。80486在芯片内部增加一个8KB的高速缓冲存储器(cache)，还增加了相当于80387的浮点部件(FPU)，在基本指令的实现上，采用硬布线逻辑而不是微程序技术。1993年3月，Intel公司推出了第一代“奔腾”微处理器(Pentium)，微处理器技术发展进入了一个新的阶段。到目前为止，“奔腾”已有四代产品。“奔腾”的设计思想是把如何提高微处理器内部指令执行的并行性作为主导。指令执行的并行性越好，微处理器的性能就越高。 本次设计的目的就是了解并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际，掌握所学的课程知识，学习VHDL基本单元电路的综合设计应用。通过对实用电子称的设计，巩固和综合运用所学课程，理论联系实际，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。通过课程设计深入理解VHDL语言的精髓，达到课程设计的目标。 1.2 课程设计的内容 本设计主要介绍的设计一台简单微处理器，要求具有以下验证程序所要求的功能：输入包含10个整数（无符号数）的数组M，按从小到大的顺序输出这10个数。 ( 1 )程序开始及输入10个数据。 ( 2 )数的比较。
《信息系统分析与设计》课程设计报告 班级：信管1002 姓名： 学号：
试题管理系统 课程设计要求： 1、应画出该系统的完整用例图。 2、给出负责模块的用例的详细事件流描述。 3、从用例的事件流描述中获取候选的实体类，确定类之间的关系 并画出正确的类图。 4、画出用例的顺序图以及协作图。 5、根据用例的事件流描述，画出用例的活动图。 6、根据类图，画出类的状态图。 7、最后给出系统的构件图、部署图。 8、具有完整清晰的设计流程。 9、各图布局合理、美观。 10、提供完整的课程设计说明书。 课程设计说明书的正文应包含以下几部分： 1、封面； 2、系统分析：给出详细分析过程； 3、系统设计：给出系统的UML图； 4、遇到的问题及解决方案。 摘要 传统的试题管理方法因受到时间、空间和管理维护等因素的限制, 已很难适应
现代信息社会教育教学发展的需求。随着计算机技术、网络技术和数据库技术的成 熟与稳定以及全国各高校校园网的建立和教育教学管理信息化程度的不断提高, 试 题管理系统获得了前所未有的发展前景与强大的技术支持。因此, 教学管理者希望 有一个集试卷分类、试卷管理、试题管理等功能于一体的网络试题库管理系统, 以 提高管理效率。而利用计算机自动生成试卷，并通过积累逐步形成有效试题库，使 试题和试卷的管理高效便捷，同时也使教学方式和考试方式有更多选择。这对提高 教学效率，有效利用资源和使传统的教学方式逐步走向自动化具有重要作用。 所开发的系统提供了试卷分类、试卷管理、试题管理及试卷生成等功能，为教师提 供了一个功能强大的平台，通过这个平台教师可以根据实际教学情况来组成相应的 试题与试卷，并轻松的管理试题库与试卷库，在实际应用中可以有效减轻教师的工 作量。 关键词：试题管理；试卷管理；UML；信息系统分析 目录 一、试题库管理系统的调查及初步分析 (2) （一）试题库管理系统的开发背景 (2) （二）试题库管理系统的需求分析 (3)
基于MSP430的极低功耗系统设计 摘要：MSP430是TI公司出品的一款强大的16位单片机，其显著特点是具有极低的功耗。本文对构造以MSP430为基础极低功耗系统作为有益的探讨，对于设计各种便携式设备都具有较高的参考价值。 对于一个数字系统而言，其功耗大致满足以下公式：P=CV2f，其中C为系统的负载电容，V为电源电压，f为系统工作频率。由此可见，功耗与电源电压的平方成正比，因此电源电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率，再就是负载电容。负载电容对设计人员而言，一般是不可控的，因此设计一个低功耗系统，应该考虑到不影响系统性能前提下，尽可能地降低电源的电压和使用低频率的时钟。下面对TI公司新出MSP430来具体探讨这个问题。 MSP430具有工业级16位RISC，其I/O和CPU可以运行在不的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制：正常运行时电流160μA,备用时为0.1μA，功耗低，为设计低功耗系统提供了有利的条件。 图1是我们设计的以MSP430为CPU的“精密温度测试仪”（下面简称测试仪）。该产品使用电池供电，体积小巧，携带方便。 在使用时应该尽可能地选择最低的电源电压。对于MSP430而言，可用的最低电压是很低的，最低可达1.8V。我们使用TI公司推荐使用的3V。通常的电源只提供5V电压，因此，需要将5V电压由一个3V的稳压管降压后给CPU供电，也可以直接锂电池供电。3V不是标准的TTL电平，因此，在使用时需要用接口电路使CPU的非TTL标准电平能与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。或者直接使用支持3V电压的外围芯片。图1 （2）时钟频率 从低功耗的角度看，需要较低的频率，但是在实时应用中为了快速响应外部事件
简单题库管理系统设计一 1. 数据库dxjsj.mdb 结构(由9张表组成 ) 2. 表结构(这里列出选择题、填充题、知识点3张表 ) 3. 数据存放目录结构 4.管理程序菜单功能 标准答案文件夹 存放数据库的文件夹 设计操作题素材文件夹 OS 操作题素材文件夹 操作结果样例文件夹
试题维护包括不同题型的处理界面 知识点、OS操作类型、设计操作类型处理界面
(1)设计涉及到多个窗体，需要通过下图所示操作加入新窗体，结果如右图所示。 添加新窗体结果（需要修改窗体文件名） 其中，testm为主窗体（设计时第一个建立的窗体），应用程序的主入口，提供菜单功能，菜单建立使用menuStrip控件。 (2) 窗体的打开（以单选题为例） Form fdxt = new fdxt(); fdxt.MdiParent = this; //作为主窗体testm的子窗体 fdxt.Show(); 窗体的关闭使用命令：this.Close(); 注意：应用程序的关闭退出使用命令：Application.Exit(); (3) 窗体之间共用的变量
先定义一个private/public的类，然后在类中声明一个static public属性的变量，可以在类中初始化或第一次使用之前初始化。使用“类名.变量名”形式引用。 根据本例的数据存放目录结构，需要获得程序的运行路径，可在主窗体testm的外面定义一个类，本例的类名为mv，如下所示。 namespace jsjtest { public partial class testm : Form { 主窗体testm中的代码 } 定义一个窗体之间共用的变量mpath public class mv { public static string mpath = Application.StartupPath; //获得程序的运行路径 } } 在其他窗体内使用变量mpath的方法： string connStr = "Provider = Microsoft.Jet.OleDB.4.0;Data Source=" + mv.mpath + "\\db\\dxjsj.mdb"; 5. 具体设计： （1）新建一个解决方案jsjtest.sln,将Form1窗体命名为testm，使用menuStrip控件建立菜单。需要引用using System.Data.OleDb; （2）添加新窗体，命名为zsd，用于知识点的数据管理。设置窗体标题为“知识点设置”。 按图所示，在知识点窗体添加网格控件，文本框，命令按钮、标签等，其中 用于导航，label4显示记录号。设置网格的AutoSizeColumnMode属性为Fill，可调整列宽。 在知识点窗体也需要引用using System.Data.OleDb; 声明全局变量： string connStr = "Provider = Microsoft.Jet.OleDB.4.0;Data Source=" + mv.mpath + "\\db\\dxjsj.mdb"; OleDbConnection conn; // 连接对象 OleDbDataAdapter da ; // 适配器对象
实验五简单微处理器的设计与实现 一、设计任务和技术指标 运用在“数字电路与逻辑设计”课程中学过的基本理论知识，设计并用可编程逻辑器件实现一个简单的八位操作数的微处理器。完成微处理器硬件系统设计和指令系统设计两方面的任务，使微处理器能够实现两个不带符号位的八位二进制数原码相乘等功能。 二、简单微处理器介绍 1．微处理器硬件系统及原理 微处理器硬件系统包括运算器、控制器、存储器以及其它必要的逻辑部件。图4-1是一个微处理器的参考原理框图，具体说明如下： （1）程序计数器PC：存放将要执行指令的地址。 （2）指令存储器IROM，存放程序指令，每条指令的长度为W，指令的个数为L。 （3）指令寄存器IR：存放被执行指令的操作码，直接供运算控制器。 （4）控制器CON：产生一系列时序逻辑信号，控制微处理器各个部件协调一致地完成每条指令相应的操作，实现两个操作数的运算。 （5）通用寄存器堆R0－R7：用来临时存放运算过程中读出和写入的数据。 （6）缓冲寄存器RS和RD：用于存放ALU的两个输入操作数。 （7）运算器ALU和进位寄存器C：运算器ALU对两个操作数RS和RD进行加、减或逻辑运算处理，在进行加减运算时还接受控制器的进位输入信号CI，ALU的运算结果送给通用寄存 器或特殊寄存器。ALU还根据运算结果设置进位标志C和零标志Z。 （8）运算结果显示送七段数码管显示，用十六进制显示。 输入 输出 图4-1 简单微处理器框图 2．处理器指令系统及功能 处理器的基本指令字长为W位，指令的每一位从高到低用D W、D W-1、…D1、D0表示，有些微处理器的一条指令包括多个指令字长，即每条指令的长度不一样，例如Intel的80386等。本实验为了简化设计，规定所有的指令都是单指令字的指令，即所有指令的长度都是W。基本的指令系统一般包括