Diseño de una interfaz para la gestión y monitorización del consumo de potencia de la placa de desarrollo de aplicaciones multimedia BD-SL-i.MX6

Abstract

En la actualidad, el sector de los dispositivos móviles multimedia se encuentra en pleno desarrollo. Cada vez existen sistemas más pequeños capaces de reproducir y decodificar videos a máxima resolución. Esto implica una gran cantidad de datos a procesar, por lo que el consumo de energía se incrementa. Debido a que la obtención de electricidad consume numerosos recursos, tanto económicos como ambientales, y a que las baterías no son lo suficientemente eficientes, surge la necesidad de que el consumo de potencia de estos dispositivos esté optimizado al máximo. Con este objetivo, en este proyecto se ha desarrollado una interfaz sobre la tarjeta de aplicaciones multimedia BD-SL-I.MX6 que permite controlar y monitorizar el consumo del sistema. La implementación de esta interfaz sobre la BD-SL-I.MX6 se ha dividido en dos partes: la interfaz de entrada, encargada de caracterizar y modificar los puntos de trabajo del procesador de la tarjeta, y la interfaz de salida, donde se recogen los datos de consumo de la tarjeta. Para crear la interfaz de entrada se ha trabajado con el driver CPUfreq de Linux, así como con los gobernadores que controlan los núcleos de la BD-SL-I.MX6 y sus puntos de trabajo disponibles. Por otro lado, para realizar la interfaz de salida, encargada de obtener los datos de consumo de la BD-SL-I.MX6, se ha empleado la tarjeta SmartPower2. Esta tarjeta, además de medir el consumo, sirve como fuente de alimentación de la BD-SL-I.MX6. Como resultado de todo ello, se ha creado un nuevo gobernador que permite establecer la frecuencia de trabajo y obtener y guardar las medidas de consumo de la placa. Una vez terminada esta interfaz, objetivo principal de este proyecto, se ha implementado un sistema de control para manejar la interfaz y verificar su validez. Se ha añadido un controlador en el nuevo gobernador que establece el punto de trabajo en el que los núcleos de la tarjeta deben operar para aproximarse a un valor de consumo predeterminado. Para ello se leerá el consumo de la placa, se realimentará a la entrada del sistema y de él se sacará un error. Este se compensará seleccionando el punto de trabajo adecuado a la salida del controlador. Para comprobar el correcto funcionamiento del sistema de control se han realizado diferentes pruebas haciendo que la BD-SL-I.MX6 decodificase tres videos de distinta calidad. Con ese fin se han medido el consumo y el punto de trabajo establecido por el sistema de control durante la operación de decodificación. En estos ensayos se ha podido observar cómo a medida que el consumo real se distancia del valor predeterminado, el sistema de control cambia el punto de trabajo para intentar aproximar el consumo a su valor deseado. Así, si el consumo supera un umbral por encima del valor predeterminado, el sistema de control establecerá un punto de trabajo menor para compensar este aumento de consumo y aproximarse al consumo preestablecido y viceversa. Estos resultados muestran el correcto funcionamiento del sistema de control implementado sobre la tarjeta de aplicaciones BD-SL-I.MX6, y por lo tanto verifican la validez de la interfaz creada para ello, por lo que se puede concluir que se ha conseguido monitorizar y actuar sobre el consumo de la tarjeta de aplicaciones realizando tareas multimedia.
Abstract:
Nowadays, the development of the multimedia mobile devices sector is constantly growing. Increasingly, there are smaller systems capable of reproducing and decoding videos at maximum resolution. This implies a large amount of data to be processed, so consumption increases. Because obtaining electricity consumes numerous resources, both economic and environmental, and because the batteries are not efficient enough there is a great need for the power consumption of these devices to be optimized to the maximum. Following this objective, in this project an interface in the multimedia applications card BD-SL-I.MX6 that allows controlling and monitoring the consumption of the system has been developed. The implementation of this interface on the BD-SL-I.MX6 has been divided into two parts: the input interface, which is responsible for characterizing and modifying the operating points of the card processor, and the output interface, where the card´s consumption data is collected. To create the input interface, the Linux CPUfreq driver, as well as the governors that control the BD-SL-I.MX6 cores and their available operating points, have been used. On the other hand, to carry out the output interface, whose function is to obtain the consumption data of the BD-SL-I.MX6, the SmartPower2 card has been used. This card, in addition to measure consumption, serves as a power source for the BD-SL-I.MX6. As a result, a new governor is created to set the operating point and to get and store power consumption measurements. Once completed this interface, a control system has been implemented to manage the interface and verify its validity. A controller has been added to the new governor, which establishes the operating point at which the cores of the card must operate to approximate their power consumption to a predetermined value. For this purpose, the card consumption will be read and fed back to the system input, from which an error will be drawn. It will be compensated by selecting the appropriate operating point at the controller output. To verify the correct running of the control system, different tests have been carried out, making the BD-SL-I.MX6 decode three videos of different quality. For this purpose, the consumption and the operating point set by the control system have been measured during the decoding operation. In these tests it is observed how, as the actual consumption moves away from the predetermined value, the control system changes the operating point to try to approximate the consumption to its desired value. Thus, if the consumption exceeds a threshold above the predetermined value, the control system will set a lower operating point to compensate this increase in consumption and to approach it to the pre-established consumption value and vice-versa. These results show that the control system implemented on the BD-SL-I.MX6 application card is correctly working, and therefore they verify the validity of the developed interface. Thus, it can be concluded that the consumption of the application card while performing multimedia tasks has been monitored and managed.