新一代工业包装的按需喷印系统设计

　　引言

　　从20世纪70年代世界上第一个为嵌入式应用而设计的微处理器Intel 4004诞生以来，嵌入式系统已经发展了30多年。近几年，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，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。

　　嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统 [1]。在嵌入式系统的设计中，低功耗设计(Low-Power Design)是必须面对的问题。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，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往靠电池来供电，所以应从每一个细节来考虑降低功率消耗，尽可能地延长电池的使用时间。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。

　　低功耗是便携式电子设备必须具备的一个关键特性。过去几年的研究主要针对硬件部分，而现在人们则更注重通过优化软件部分来降低系统功耗。要想对软件进行优化，必须了解每条指令所产生的功耗，并选择正确的编译方法，以降低程序执行的功耗。由于各种微处理器架构不同，指令集和功耗也不一样。因此，适用于某一处理器的优化方式并不一定适用于其他处理器。这样，选择与可降低功耗的软件相匹配的微处理器便十分重要。

　　1 编译优化

　　编译器的作用是将由高级语言编写的程序，如C/C++等，翻译成能够在目标机上执行的程序。换句话说，编译器为高级语言程序员提供了一个抽象层，使得程序员能够通过编写与实际问题相近的高级语言代码(而不用汇编或者机器语言)，方便地解决实际问题;同时，也使得程序的可读性和可维护性得到保证，提高软件开发的效率。另外，将程序移植到新的目标机，也只要用相应的编译器对程序进行重新编译，而不必重新编写程序。

　　但是某些情况下，这样的做法是以牺牲程序的执行性能为代价的。编译器的有效性以及它所生成的代码效率，可以与专家级的汇编/机器语言程序员所编写的代码相比较得出，因此可以通过对编译器的优化，生成效率更高的代码。

　　通过优化编译器可以有效地降低嵌入式设备的功耗。在一个程序中，每一条指令都将激活微处理器中的某些硬件部件，因此，正确选择指令可降低处理器的功耗。通过建立特定处理器架构下指令集的功耗信息，利用“减少跳转的指令重排序”等方法，可以进行有效的软件低功率优化。