Hello, Friends of Hive and dear readers, it is a pleasure to be with you presenting topics of science, research, technology, and innovation.
Hola Amigos de Hive y apreciados lectores, un gusto estar con ustedes presentándoles temas de la ciencia, investigación, tecnología e innovación.
Daily, it happens that the screens of laptops, tablets, or smartphones darken when they are not in use and they say that this helps the battery charge last a little longer. Also, when the battery is showing signs that it is low, the system indicates to the user the option to activate the power saving mode, with the consequence that it will deactivate certain services such as WiFi.
Cotidianamente, sucede que las patallas de las Laptops, tablets o smartphones se oscurecen cuando no están en uso y comentan que esto ayuda a que la carga de las baterías duren un poco. También, cuando la batería está dando señales que está baja, el sistema indica al usuario la opción de activar el modo de ahorro de energía, con la consecuencia que desactivará ciertos servicios como el WiFi.
Well, as users we are in the presence of facilities provided by the processor together with the intermediate software layer, in this case, the embedded operating system, regarding a technique pointed out in the previous post Power Management at the Intermediate Software Layer in Embedded Systems called Dynamic Power Management (DPM).
Pues bien, como usuarios estamos en presencia de facilidades que otorga el procesador junto a la capa intermedia de software, en este caso el sistema operativo empotrado, respecto a una técnica señalada en el post anterior Gestión de Energía en la Capa Intermedia de Software en Sistemas Empotrados llamada Gestión Dinámica de la Energía (DPM: Dynamic Power Management).
It is important to note that the topic of this post includes fundamentals and elements that are scattered in the literature of electronics, digital and computational systems, which I have handled and integrated from my expertise with Embedded Computing Systems.
Es importante destacar, que el tema de este post incluye fundamentos y elementos que están dispersos en la literatura de la electrónica, los sistemas digitales y computacionales, que he manejado e integrado desde mi experticia con los Sistemas Computacionales Empotrados.
Currently, most processors have DPM facilities that reduce power consumption by switching between different modes of operation. This could be, for example using an idle or run mode, when the processor has no tasks or there are tasks to execute.
Actualmente, la mayoría de los procesadores tienen facilidades DPM que reducen el consumo de energía cambiando entre diferentes modos de operación. Esto podría ser, por ejemplo utilizar un modo de reposo o de ejecución, cuando el procesador no tiene tareas o hay tareas que ejecutar.
Processors have several different power modes. Several different execution modes depend on the facilities granted by the CPU. Also, many different sleep modes, they can even vary depending on the depth of the sleep mode.
Los procesadores tienen varios modos de energía diferentes. Varios modos de ejecución diferentes dependiendo de las facilidades que otorge el CPU. También, muchos modos de reposo diferentes, hasta pueden variar en función de la profundidad del modo de suspensión.
That is, the DPM manages various power states to the equipment or devices (ready, idle, suspended, hibernate, and shutdown). In doing so, it disables certain parts of the system, leaving only the essential parts of the system such as the clock, timer circuits, and memory.
Es decir, el DPM maneja diversos estados de alimentación al equipo o dispositivos (preparado, inactivo, suspendido, hibernación y apagado). Con ello, deshabilita ciertas partes del sistema, dejando solo las partes esenciales del mismo tales como: reloj, los circuitos temporizadores y la memoria.
To exemplify the technique I use a power state machine for a hypothetical processor with three power modes at 400 MHz and 1 V supply, shown in Figure1.
Para ejemplificar la técnica utilizo una máquina de estado de potencia para un procesador hipotético con tres modos de energía a 400 MHz y 1 V de alimentación, mostrado en la Figura1.
Figure 1. Example of hypothetical processor power state machine processor.
Figura 1. Ejemplo de máquina de estado de potencia procesador hipotético.
In Execution or Normal Mode all processor resources integrated into its architecture are enabled, such as Analog and Digital Inputs/Outputs, Memory Subsystem, interrupts, communication ports, among others. In this case the power consumed all the time is 39.69 mW.
En el Modo de Ejecución o Normal todos los recursos del procesador integradas a su arquitectura están habilitadas, como las Entradas/Salidas Analógicas y Digitales, Subsistema de memoria, interrupciones, puertos de comunicación, entre otras. En este caso la potencia consumida todo el tiempo es de 39,69 mW.
The Standby Mode minimizes the available resources, for example by disabling the communication ports and some interrupts, as well as blocking certain parts of the memory. In the example, the power consumption is 1.21 mW and the power dissipation drops considerably.
El Modo Esperar se minimizan los recursos disponibles, por ejemplo al deshabilitar los puestos de comunicación y algunas interrupciones, así como también hay un bloqueo a ciertas partes de la memoria. En el ejemplo, el consumo es de 1,21 mW observándose que la potencia disipada baja considerablemente.
Regarding the Low Power Execution Mode, certain resources are enabled and can be reached by the operating system kernel facilities. However, there is a possibility that input and output ports are disabled. The power consumed is 1.82 mW, also clearly a decrease compared to that provided in Run Mode.
Respecto al Modo de Ejecución de Baja Potencia, se encuentran habilitados ciertos recursos que pueden ser alcanzados por las facilidades del núcleo del sistema operativo. Sin embargo, existe la posibilidad que varios puertos de entrada y salida queden desabilitados. La potencia consumida es de 1,82 mW, también es evidente el decremento respecto a la proporcionada en Modo de Ejecución.
These modes can be scheduled to be activated if there is an execution state with light workloads or they are idle, which results in energy reduction, without incurring a loss of performance.
Estos modos pueden estar planificados para activarse si existiera un estado de ejecución con cargas de trabajo ligeras o están inactivos, lo que trae como consecuencia reducir la energía, sin incurrir en una pérdida de rendimiento.
The power manager monitors the system workload and dynamically makes runtime power-saving decisions, which could be real, to minimize system power consumption. That is, providing the SE with the ability to adapt to application behaviors and take intelligent measures to reduce power consumption.
El gestor de energía supervisa la carga de trabajo del sistema y toma dinámicamente decisiones de ahorro de energía en tiempo de ejecución, que podría ser real, para minimizar el consumo de energía del sistema. Es decir, proveer al SE la capacidad de adaptarse a los comportamientos de la aplicación y tomar medidas inteligentes para reducir el consumo de energía.
The main goal of DPM is to reduce power consumption.
El objetivo principal de DPM es reducir el consumo de energía.
DPM has many different options for power saving, they provide system features that allow, for example, various execution and sleep modes, smart peripherals that can continue to operate during sleep modes, and system clock controls that allow turning off clock signals from idle parts of the processor.
DPM dispone de muchas opciones diferentes para el ahorro de energía, proporcionan características del sistema que permiten, por ejemplo, varios modos de ejecución y suspensión, periféricos inteligentes que pueden seguir funcionando durante los modos de reposo, y controles del sistema de reloj que permiten apagar las señales de reloj de las partes inactivas del procesador.
The example presented presents three power states; however, processors often have many states. For example, it is more efficient to process a task quickly and go to sleep faster compared to executing the task at a lower operating frequency.
El ejemplo presentado presenta tres estados de energía, sin embargo, los procesadores suelen tener muchos estados. Por ejemplo, es más eficiente procesar una tarea rápidamente y entrar en reposo más rápidamente en comparación con la ejecución de la tarea a una frecuencia de operación más baja.
So, when your smart device asks you to be in power-saving mode, keep in mind that it will be using the DPM and several functionalities will be without effect, such as WiFi communication ports.
Entonces, cuando tu dispositivo inteligente te solicite estar en modo de ahorro de energía, ten presente que estará utilizando el DPM y varias funcionalidades quedarán sin efecto, como los puertos de comunicación WiFi.
See you soon, I hope the reading has been enriching.
Nos vemos pronto, espero que la lectura haya sido enriquecedora.
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Los invito a visitarme y seguirme en @alfonsoalfonsi.
Alfonsi, A. (2021). Unidad II: Restricciones de los Sistemas Empotrados. [Material educativo para la asignatura Proyecto de Digitales Avanzados]. (Disponible: Grupo de Investigación de Arquitecturas de Sistemas de Control, Departamento de Computación y Sistemas, EICA, Universidad de Oriente, Barcelona, Venezuela).
Alsheikhy, A. (2021). Dynamic approach to minimize overhead and response time in scheduling
periodic real-time tasks. International Journal of Advanced and Applied Sciences, 8(4), 75-8.
https://doi.org/10.21833/ijaas.2021.04.009
Ibrahim, D. (2019). ARM-Based microcontroller projects using MBED. Elsevier.
https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102969-5.00015-X
Taylor, J. T. & Taylor, W. T. (2021). Patterns in the Machine: A Software Engineering Guide to Embedded Development. Apress. https://doi.org/10.1007/978-1-4842-6440-9_1
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