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3 Hardware eingebetteter Systeme
unter langer Entwurfsdauer und einem Mangel an Flexibilität: um Entwurfsfehler zu
korrigieren, wird meist ein neuer Satz Masken und ein erneuter Herstellungslauf benötigt. Daher sind ASICs nur dann angemessen, wenn spezielle Umstände vorliegen,
wie beispielsweise der Bedarf an großen Stückzahlen, maximale Energieeffizienz,
spezielle Spannungs- oder Temperaturbereiche, gemischte Analog-/Digitalschaltungen oder hohe Sicherheitsanforderungen. Daher behandeln wir den Entwurf von
ASICs in diesem Buch nicht weiter.
3.3.2 Prozessoren
Der Hauptvorteil von Prozessoren ist ihre Flexibilität. Wenn Prozessoren eingesetzt
werden, kann das gesamte Verhalten eines eingebetteten Systems alleine durch die
Änderung der darauf laufenden Software verändert werden. Verhaltensänderungen
können erforderlich sein, um Entwurfsfehler zu korrigieren, das System auf einen
neuen oder geänderten Standard zu aktualisieren oder um dem existierenden System
neue Eigenschaften hinzuzufügen. Auf diesen Gründen haben Prozessoren, insbesondere kommerziell „aus dem Regal” (engl. Commercial Off-The-Shelf (COTS))
verfügbare, eine weite Verbreitung gefunden.
Eingebettete Prozessoren müssen schonend mit Ressourcen umgehen, d.h. wir
müssen uns darum kümmern, welche Ressourcen zur Ausführung von Anwendungen
erforderlich sind. Dabei müssen sie aber nicht kompatibel zum Instruktionssatz der in
PCs oder Servern verwendeten Prozessoren sein. Dadurch kann ihre Architektur von
diesen Prozessoren abweichen. Die Ressourceneffizienz besitzt eine Vielzahl von
Aspekten (siehe Seite 14), die als nächstes auszugsweise diskutiert werden sollen.
Energieeffizienz
Die Energie E zur Ausführung einer bestimmten Anwendung hängt eng mit der
(elektrischen) Leistung P(t) als Funktion der Zeit zusammen, denn es gilt Gleichung
(3.13).
E =
∫
P(t)dt
(3.13)
Wir nehmen an, dass wir mit einem Entwurf mit einem Leistungsverbrauch von
P 0 (t) starten, woraus sich nach einer Ausführungszeit von t 0 ein Energieverbrauch
von
E 0 =
∫ t 0
0
P 0 (t)dt
ergibt. Angenommen, ein modifizierter Entwurf führt die Applikation bereits in t 1
Zeiteinheiten aus und benötigt dabei eine Leistung P 1 (t). Für diesen ergibt sich ein
Energieverbrauch von
3 Hardware eingebetteter Systeme
unter langer Entwurfsdauer und einem Mangel an Flexibilität: um Entwurfsfehler zu
korrigieren, wird meist ein neuer Satz Masken und ein erneuter Herstellungslauf benötigt. Daher sind ASICs nur dann angemessen, wenn spezielle Umstände vorliegen,
wie beispielsweise der Bedarf an großen Stückzahlen, maximale Energieeffizienz,
spezielle Spannungs- oder Temperaturbereiche, gemischte Analog-/Digitalschaltungen oder hohe Sicherheitsanforderungen. Daher behandeln wir den Entwurf von
ASICs in diesem Buch nicht weiter.
3.3.2 Prozessoren
Der Hauptvorteil von Prozessoren ist ihre Flexibilität. Wenn Prozessoren eingesetzt
werden, kann das gesamte Verhalten eines eingebetteten Systems alleine durch die
Änderung der darauf laufenden Software verändert werden. Verhaltensänderungen
können erforderlich sein, um Entwurfsfehler zu korrigieren, das System auf einen
neuen oder geänderten Standard zu aktualisieren oder um dem existierenden System
neue Eigenschaften hinzuzufügen. Auf diesen Gründen haben Prozessoren, insbesondere kommerziell „aus dem Regal” (engl. Commercial Off-The-Shelf (COTS))
verfügbare, eine weite Verbreitung gefunden.
Eingebettete Prozessoren müssen schonend mit Ressourcen umgehen, d.h. wir
müssen uns darum kümmern, welche Ressourcen zur Ausführung von Anwendungen
erforderlich sind. Dabei müssen sie aber nicht kompatibel zum Instruktionssatz der in
PCs oder Servern verwendeten Prozessoren sein. Dadurch kann ihre Architektur von
diesen Prozessoren abweichen. Die Ressourceneffizienz besitzt eine Vielzahl von
Aspekten (siehe Seite 14), die als nächstes auszugsweise diskutiert werden sollen.
Energieeffizienz
Die Energie E zur Ausführung einer bestimmten Anwendung hängt eng mit der
(elektrischen) Leistung P(t) als Funktion der Zeit zusammen, denn es gilt Gleichung
(3.13).
E =
∫
P(t)dt
(3.13)
Wir nehmen an, dass wir mit einem Entwurf mit einem Leistungsverbrauch von
P 0 (t) starten, woraus sich nach einer Ausführungszeit von t 0 ein Energieverbrauch
von
E 0 =
∫ t 0
0
P 0 (t)dt
ergibt. Angenommen, ein modifizierter Entwurf führt die Applikation bereits in t 1
Zeiteinheiten aus und benötigt dabei eine Leistung P 1 (t). Für diesen ergibt sich ein
Energieverbrauch von