03版答辩PPT4比3(答辩分享版)

基于Android平台的智能移动设备功耗分析指导老师：沈海华、王黎维学生姓名：谭华哲专业：软件工程目录Contents研究背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望过渡页研究背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望4/27背景和意义智能手机的现状富应用大量出现用户使用手机长用户的日常生活越来越依赖智能手机，2014年用户平均每天使用移动应用的时长长达1458秒。长时间的使用导致用户对智能手机的电量越来越敏感，手机开发商也以电池的容量大小为噱头。现代的智能手机已经整合了音频和视频播放、网页浏览、短消息和电子邮件通信、媒体下载、游戏和导航等多样化的功能，这些丰富的功能就需要电池提供比以前更多的电力无论是使用那种嵌入式操作系统，为了使智能手机具有更好的便捷性，锂电池的容量一直受限于尺寸和重量，而且新技术在锂电池电量提升上一直处于未成熟状态，所以我们只能通过降低智能手机的整体功耗提升电池续航能力意义5/27电池续航能力的研究方向硬件的层面软件的层面异构处理器结构、重新设计总线的编码方式、通过编译优化减少访存次数、减少同时跳变的信号个数等等通过把硬件能耗映射到软件接口和软件特征上，来研究软件成分对处理器功耗和能耗的影响，并利用软件设计优化技术提高系统能耗效率背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望研究背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望过渡页功耗分析CPU的频率是与电压成正比的根据系统负载情况，动态地在一些运行频率之间进行切换当前CPU的频率，CPU的最大、最小频率以及CPU的当前占有率亮度是LCD屏幕主要功耗参考变量AMOLED屏幕的功耗与显示内容有关屏幕的亮度、屏幕显示的颜色分布以及屏幕的开关状态GPU进行栅格化渲染，利用率是主要功耗参考变量GPU的工作负载会增加GPU的频率，而频率又直接影响系统功耗GPU的利用率CPUGPU屏幕背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望功耗分析微软实验室已经对移动平台的存储系统进行了详细的功耗分析我们实验模拟用户的日常操作行为每次存储块的大小、读写操作手机和基站之间会自动实现功率控制，双方需要遵守一定的协议，动态地选择通信通道、电磁辐射功率和接收灵敏度。手机进行通话检测GSM活跃状态下的功耗影响蜂窝传输功耗的一个最重要的因素是信号功率3G和4G网络中的无线电功率都是由无线电资源控制器控制的不同的无线电资源控制器状态带来的功耗的变化存储蜂窝传输GSM背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望功耗分析目前智能手机中多数都采用A-GPS的定位方式GPS射频单元一般固定1ms工作一次GPS的信号强度，以及GPS采集数据的间隔低耗能蓝牙（BLE）的工作峰值电流小于15mA，休眠状态电流是0.004mA蓝牙休眠、蓝牙活动的状态功耗Wi-Fi与蜂窝传输相比，状态相对简单发送或接收包的间隔、发送或接受包的大小GPSWi-Fi蓝牙背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望功耗分析加速度传感器、磁力传感器、方向传感器、陀螺仪传感器、光线感应传感器、压力传感器、温度传感器、接近传感器、重力传感器、线性加速度传感器、旋转矢量传感器传感器的开关状态当前手机大多采用了超低功耗的声音处理器，声音的功率已经非常低了。针对声音功耗测量主要参考了声音的大小以及播放的音频文件。传感器声音背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望研究背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望过渡页1.实验装置实验条件1.电压维持在电池的标准电压3.75V2.5KHZ的速率采集消耗电量的样本Agilent66311B功率测量仪数据采集PC被测量的设备SamsungGalaxyS5（联通版）背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望2.实验方法背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望在测量过程中，手机运行一个测量程序来控制系统变量影响手机的功耗，同时保证其他的变量不变，使其他部件的状态改变不会对实验造成影响。例如：我们要测量CPU的利用率和整个功率的影响，我们会固定CPU的频率，然后将屏幕、蜂窝、Wi-Fi、GPS等都关闭，然后我们使用程序逐渐调节CPU的利用率从0%到100%。我们就能够直接估计出由以下组件所消耗的功率：CPU、GPU、GSM、GPS、Wi-Fi、蓝牙、屏幕、声音和存储等。考虑到一些组件的电源状态并不能完全分开，比如Wi-Fi和CPU的电量消耗。这种控制可能并不总是完美和精确的。我们还需要在手机的后台运行一个小软件来检测系统状态的变化，我们在测量一个硬件组件的同时，还会记录其他系统环境的变化，只要保证记录的频率足够高，就可以在相对较短的时间发现相关功率的变化，并确定在任何特定时间中系统精确的状态。要确定每个组件的各自功耗，我们对每个组件进行了如下实验：a)保持其他组件的电源和活动状态不变b)对正在测量部件设定极端值，例如设置CPU利用率到最低和最高值。为了测量CPU利用率和功耗的关系，我们需要调节CPU利用率，我们设计了程序开启四个线程同时计算π值由此得到不同频率下，CPU利用率100%情况下的功耗通过系统screenBrightness这个属性调整其亮度的变化，然后分别设置R、G、B的值改变其背景颜色，我们就可以测量颜色变化对屏幕功耗的影响，还测试了开关屏幕的基准功耗通过增加多边形的数量，让多边形随机移动，提高GPU的利用率，通过AndroidAPI提供的SurfaceHolder操作系统屏幕的渲染，既而通过连续两次时间差得出Android测量每秒帧数CPUGPU屏幕2.实验方法背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望通过不断地向磁盘中写入，调节每次写入的大小以及每次写入的时间间隔，并且每次写入的时候都强制系统重新刷新缓存，将缓冲区的数据都写入磁盘中，从而得出写入时的功耗，我们通过随机读的方法测量每次读操作的功耗，与写操作类似我们测量了GSM待机状态下的基准数据，并模拟日常生活的打电话操作，记录功耗的的变换由于我们的设备有限，并不能操作RRC对手机的信号功耗进行分析，我们只能模拟一般现实中的场景，上传或下载大量数据，将蜂窝传输的带宽全部占满，既而观察功耗的变化。存储蜂窝传输GSM2.实验方法背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望每间隔一定的时间就查询一次GPS数据，并记录搜索到卫星数量和信噪比等信息，观测一段时间内功耗的周期性变化，从而分析GPS组件功耗影响因子。同蜂窝的测试方法类似，都是通过传输大量的数据，但是蓝牙的功耗相对较低，需要长时间观察功耗的变化情况。我们通过将智能手机连通Wi-Fi，然后测试不断的发送和接受包时功耗的变化，我们还将每次传输过程中包的大小、每次传输的间隔进行了讨论，分别进行实验。GPSWi-Fi蓝牙2.实验方法背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望考虑到传感器的功耗极低，我们仅仅开启所有传感器每秒中更新一次，记录功耗的变化值，我们还从操作系统中读取关于每个传感器功耗的数据，从而验证实验正确性。通过播放白噪声的方式，调节音量大小，得出其基本功耗，接下来播放了一首192kbps码率的流行歌曲，观测功耗的变化传感器声音2.实验方法背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望研究背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望过渡页背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望系统环境监测软件背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量电流的均方根21mA左右，功耗是相当低。图中大的波动主要是由于系统间隔性活动休眠背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望CPU参数控制及测试软件背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望实验数据可知电流的均方根可以达到1.9A左右，这个时候是相当耗电的CPU在2459Mhz的频率下满负荷背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望电流的均方根大约为535mACPU在900MHz的频率下满负荷背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望电流的均方根大约为279mACPU在300MHz的频率下满负荷背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望屏幕颜色调节软件背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望电流的均方根大约为355mA屏幕为纯白色背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望电流的均方根大约为79mA屏幕为纯黑色背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望纯红、纯绿、纯蓝时（绿：绿，红：红，蓝：蓝），亮度为100%时功耗情况，此时发现功耗情况是红色绿色蓝色屏幕为纯绿、纯蓝、纯红背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量GPU功耗时软件的界面背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望平均电流随屏幕显示点数变化情况点数FPS平均电流（mA）01204535606825060758100607751506076520060796250608233005984332555833350528334004681045042780500387695503475060031740150013711背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量存储功耗所使用的软件背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量电流的均方根为560mA每次写入10240KB，写入150000次背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量电流的均方根为630mA每次写入102400KB，写入15000次背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量电流的均方根为617mA每次读取102400KB，执行15000次背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量电流的均方根为623mA每次读取10240KB，执行150000次背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量声音功耗所用的软件背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量传感器功耗所用的软件背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望实验手机每个传感器的参数传感器名称制造商功耗（mW）MPU6500AccelerationSensorInvensense0.25AK09911CMagneticfieldSensorAsahiKaseiMicrodevices6.0AK09911CMagneticSensorUnCalibratedAsahiKaseiMicrodevices6.0MPU6500GyroscopeSensorInvensense6.1MPU6500UncalibratedGyroscopeSensorInvensense6.1BarometerSensorSTM1.0TMG399XProximitySensorAMS,Inc.0.75TMG399XRGBSensorAMS,Inc.0.75MPLRotationVectorInvensense6.0MPLGameRotationVectorInvensense6.0SAMSUNGStepDetectorSensorSamsungInc.0.3SAMSUNGStepCounterSensorSamsungInc.0.3SAMSUNGSignificantMotionSensorSamsungInc.0.3MAX86900MAXIM1.0ScreenOrientationSensorSamsungElectronics0.0HRMSensorSamsungElectronics1.0OrientationSensorSamsungElectronics6.0GravitySensorSamsungElectronics6.0LinearAccelerationSensorSamsungElectronics6.0背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结与展望测量电流的均方根为177mA传感器都不工作背景与意义实验分析实验方法、讨论实验结果总结