Evaluierung der Reduktion der Leistungsaufnahme durch eine rekonfigurierbare Architektur

Abstract

Durch die weite Verbreitung von Systemen mit Mikroprozessor in den letzten Jahren ist der Bedarf der Reduktion ihrer Leistungsaufnahme gestiegen. Insbesondere Funksensorknoten stellen eine Herausforderung in Bezug auf begrenzte Energieressourcen und lange Lebensdauer dar. Neben der klassischen Realisierung des Funksensorknotens mit einem Mikrocontroller gibt es einen alternativen Ansatz mit autonomen, rekonfigurierbaren Modulen in einem System-on-Chip. Dieser Ansatz wurde jedoch noch nicht hinreichend in Bezug auf die Reduktion des Energieverbrauches evaluiert. In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer automatisierten Messumgebung und die Durchführung einer vereinheitlichten Evaluierung gezeigt. Dabei wird der Energieverbrauch der bisher üblichen Implementierung mit Mikrocontroller als Referenz verwendet. Dem Gegenübergestellt wird die Umsetzung mit den autonomen, rekonfigurierbaren Modulen in Form eines Testchips. Die Evaluierung ergab bei dem betrachteten Szenario eine Reduktion des Energieverbrauches des alternativen Ansatzes von drei Zehnerpotenzen. Das Ergebnis zeigt das Potential des Ansatzes und der Ansatz wird weitere Verbreitung auch in allgemeinen Sensorknoten finden.

Due to the spread of systems with microprocessor in recent years, the need of reducing their power consumption has increased. In particular, wireless sensor nodes represent a challenge in terms of limited energy resources and long service life. In addition to the classical implementation of the wireless sensor node with a microcontroller there is an alternative approach with autonomous reconfigurable modules in a system-on-chip. This approach has not yet been sufficiently evaluated in terms of reduction of energy consumption. In this work the development of an automated measurement environment and the implementation of a unified evaluation is shown. Therefore the power consumption of the classic implementation with a microcontroller is used as a reference. This is compared to an implementation with the autonomous reconfigurable modules in the form of a test chip. The evaluation found in the considered scenario a reduction of the energy consumption of the alternative approach by three orders of magnitude. The results show the potential of the approach and the approach is likely to be more widely used also in general sensor nodes.