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第1章 绪论1

1.1 绿色计算的背景1

1.2 绿色计算的发展与现状9

1.2.1 工业界的发展与现状9

1.2.2 学术界的发展与现状15

1.3 绿色计算的定义20

1.4 绿色计算的研究内容22

1.5 本书的主要工作28

1.6 本书的组织结构29

1.7 小结30

参考文献30

第2章 嵌入式系统的低功耗设计34

2.1 引言34

2.2 嵌入式系统的组成37

2.3 嵌入式系统低功耗设计的软／硬件层次划分38

2.4 嵌入式系统的系统层低功耗设计技术42

2.5 嵌入式系统的硬件层低功耗设计技术48

2.5.1 电路级功耗优化48

2.5.2 逻辑级功耗优化51

2.5.3 微结构级功耗优化53

2.6 嵌入式系统硬件低功耗设计技术的应用55

2.7 嵌入式系统的电池技术58

2.8 功耗优化的相关工具61

2.9 小结62

参考文献63

第3章 嵌入式软件的能耗优化与评价66

3.1 引言66

3.1.1 嵌入式软件能耗优化研究的背景66

3.1.2 嵌入式软件能耗优化研究的现状68

3.2 嵌入式软件能耗的测量方法69

3.2.1 ARM指令集寻址特征分析70

3.2.2 ARM指令周期数的计算71

3.2.3 ARM指令能耗层次分类测量72

3.2.4 仿真实验与分析74

3.3 嵌入式软件能耗的测量工具76

3.3.1 嵌入式软件能耗的统计模型76

3.3.2 指令周期数的计算方法78

3.3.3 软件能耗仿真器HMSim80

3.3.4 仿真实验与分析83

3.4 源程序结构级软件能耗建模与优化85

3.4.1 源程序结构级软件能耗模型85

3.4.2 源程序结构级软件能耗优化方法93

3.4.3 仿真实验与分析94

3.5 算法级软件能耗建模与优化96

3.5.1 算法级软件能耗模型96

3.5.2 算法特征量的度量97

3.5.3 算法级软件能耗优化方法99

3.5.4 基于BP神经网络的软件功耗函数拟合方法100

3.5.5 仿真实验与分析102

3.6 软件体系结构级软件能耗建模与优化104

3.6.1 体系结构级软件能耗模型104

3.6.2 软件体系结构特征量的度量105

3.6.3 体系结构级软件能耗优化方法109

3.6.4 BP神经网络非线性拟合方法111

3.6.5 仿真实验与分析112

3.7 软件能耗融合模型115

3.7.1 融合模型的建立115

3.7.2 CPI的度量115

3.7.3 融合模型的线性拟合方法116

3.7.4 仿真实验与分析117

3.8 低功耗编译技术119

3.8.1 运算型功耗优化技术119

3.8.2 存储型功耗优化技术125

3.9 软件能耗属性与其他质量属性的关系128

3.10 软件能耗优化方法的评价130

3.10.1 层次灰色评价模型131

3.10.2 仿真实验与分析134

3.11 小结136

参考文献137

第4章 高能效的可定制异构多核体系结构140

4.1 引言140

4.2 高能效的可定制异构多核体系结构的研究现状140

4.2.1 多核计算加速比及其能耗140

4.2.2 异构多核系统概述142

4.3 面向能耗相关软／硬件划分的层次化控制数据流图建模144

4.3.1 背景介绍144

4.3.2 PO-HCDFG的形式化描述145

4.3.3 PO-HCDFG的主要内容146

4.3.4 仿真实验与分析151

4.4 基于离散Hopfield神经网络的RTOS功耗优化153

4.4.1 背景介绍153

4.4.2 RTOS-Power划分问题的描述155

4.4.3 一种离散Hopfield神经网络方法157

4.4.4 仿真实验与分析159

4.5 NoC协议能耗分析163

4.5.1 背景介绍163

4.5.2 NoC协议栈及协议能耗的描述164

4.5.3 NoC物理层协议的能耗分析166

4.5.4 基于位置概率分布的目录协议能耗模型168

4.5.5 仿真实验与分析170

4.5.6 NoC协议能耗的进一步讨论174

4.6 智能移动终端的异构多核结构与软／硬件划分方法174

4.6.1 C-Core技术175

4.6.2 GreenDroid技术181

4.7 小结185

参考文献185

第5章 低能耗的嵌入式操作系统189

5.1 引言189

5.2 实时任务调度191

5.2.1 实时任务调度算法193

5.2.2 低能耗调度算法的问题难度和硬件制约196

5.2.3 最优低能耗调度定理及其证明198

5.2.4 影响实时调度算法产生能耗的因素200

5.2.5 基于DVS的低能耗任务调度算法205

5.3 操作系统的功耗管理架构209

5.3.1 功耗管理架构概述209

5.3.2 常见的功耗管理架构210

5.3.3 面向嵌入式系统的结构化统一功耗管理架构214

5.4 嵌入式Linux的节能子系统CPUFreq218

5.4.1 CPUFreq的由来218

5.4.2 CPUFreq的设计和使用219

5.4.3 ondemand governor的来源及实现222

5.5 小结224

参考文献224

第6章 Internet的动态能耗优化226

6.1 引言226

6.2 Internet的能耗特性227

6.2.1 功耗与负载227

6.2.2 功耗与配置228

6.2.3 功耗的评价指标229

6.3 Internet的低能耗技术分类230

6.4 节点的动态能耗优化231

6.4.1 ALR技术232

6.4.2 Sleeping技术233

6.4.3 ALR技术与Sleeping技术的比较234

6.5 节点间协同的动态能耗优化235

6.5.1 单层网络能耗优化236

6.5.2 多层网络能耗优化238

6.5.3 节点间协同的动态能耗优化技术面临的挑战239

6.6 面向IP over TDM over DWDM的多层网络能耗优化240

6.6.1 网络模型及节能机制240

6.6.2 多层网络能耗优化建模243

6.6.3 仿真实验与分析248

6.7 小结253

参考文献254

第7章 绿色软件工程258

7.1 引言258

7.2 绿色软件及绿色软件工程259

7.2.1 绿色软件259

7.2.2 绿色软件工程261

7.3 绿色软件工程过程模型261

7.3.1 Shenoy绿色软件工程过程模型262

7.3.2 GREENSOFT参考模型264

7.4 绿色软件的需求工程266

7.5 绿色软件的系统设计267

7.5.1 HS／HA并行软件架构268

7.5.2 功率感知软件架构268

7.6 绿色软件的设计、构造与编译技术270

7.7 绿色软件的测试、评价与验证274

7.7.1 绿色软件的测试274

7.7.2 绿色软件的评价与验证275

7.8 绿色软件的部署与开发运行保障工具276

7.8.1 绿色软件的部署276

7.8.2 绿色软件开发与运行保障的集成与验证平台279

7.9 小结279

参考文献280

第8章 移动云计算的绿色设计283

8.1 引言283

8.2 智能移动终端的协同节能设计285

8.2.1 智能手机硬件体系结构及节能设计287

8.2.2 智能手机软件体系结构及节能设计296

8.3 无线通信网络的绿色设计298

8.3.1 基于proxy的移动设备节能技术299

8.3.2 基于云计算的移动设备节能技术299

8.4 “云端”的资源管理300

8.4.1 数据存储体系结构301

8.4.2 数据资源管理303

8.5 “云端”与“终端”的虚拟化技术317

8.5.1 “云端”的虚拟化技术317

8.5.2 “终端”的虚拟化技术322

8.6 “云端”的并行任务调度算法及编程模型324

8.7 数据中心的制冷系统和电力系统327

8.8 小结330

参考文献330

第9章 物联网的绿色设计333

9.1 引言333

9.2 无线传感器网络能量管理策略335

9.2.1 无线传感器网络能量管理概述335

9.2.2 无线传感器网络节点级能耗分析和管理336

9.2.3 无线传感器网络网络级能耗管理340

9.3 无线传感器网络节能动态任务分配341

9.3.1 问题描述341

9.3.2 节能动态任务分配算法344

9.3.3 仿真实验与分析346

9.4 基于预测的无线传感器网络动态功耗管理347

9.4.1 动态功耗管理引言347

9.4.2 传感器节点的状态模型348

9.4.3 基于灰色模型的动态功耗管理算法设计352

9.4.4 仿真实验与分析354

9.5 无线传感器网络能量有效的簇头选择357

9.5.1 簇头选择引言357

9.5.2 基于模糊逻辑的簇头选择360

9.5.3 仿真实验与分析364

9.6 小结366

参考文献366