1.1 低功耗系統設計面臨的挑戰

隨著微電子技術的快速發展，嵌入式系統的應用日趨廣泛，小到我們日常接觸的共享單車、手機、平板電腦、洗衣機、電冰箱等，大到汽車、航空航天等領域，都需要嵌入式系統的控制。嵌入式涵蓋的細分技術領域非常多，在眾多技術領域中，低功耗是一個極其重要的細分技術領域。絕大多數嵌入式相關廠商當下也非常注重對功耗的控制，并把其作為一種長期構建的能力。在低功耗技術領域中，我們還可以將該領域繼續細分為芯片低功耗設計、軟件低功耗設計、應用低功耗優化等領域，這些也是嵌入式領域技術人員日常工作的主要內容。

對功耗的控制和優化的追求是無止境的，這種無止境的追求來源于芯片技術和社會等多方面的向前發展。當前低功耗系統設計面臨的主要挑戰如下。

1）芯片集成度越來越高，支持的功能日趨完善和豐富，由此帶來的不斷增高的運行頻率和高功耗與高發熱等方面的因素對設備整體性能造成越來越嚴峻的影響。

2）當前人們的日常活動對移動設備的依賴程度越來越高，例如打車、支付、導航、聽音樂、點外賣、拍照等幾乎每個活動都離不開手機的支持，但是手機電池的電量是有限的，不可能支撐我們無節制的使用，尤其是出門在外，這就要求我們必須對系統和應用的耗電行為進行控制和優化，從而盡可能地延長手機使用時間。

3）目前中國在芯片生產的部分領域的技術水平與世界先進水平相比還存在差距。大家都知道，要想實現同等的功能，芯片生產的工藝越先進，功耗越低。那么如何在這種情況下，把功耗優化到與先進工藝同等水平呢？這也是芯片設計或者軟件設計領域的低功耗從業人員面臨的一個現實問題。

4）設備廠商生產產品時，需要考慮到各種復雜的使用場景：可能工作在50℃的高溫環境，也可能工作在-50℃的極寒地區。面對這樣的苛刻條件，如何對系統運行的平臺做好控制來適應極端運行環境也是一個不得不解決的問題。

本書主要以低功耗軟件設計為切入點，對Linux內核相關機制進行剖析和分解，然后采用類似思想在其他系統中搭建類似的機制來做功耗控制，希望能給對功耗控制與優化等內容感興趣的從業人員提供一些幫助。