嵌入式系统正深刻地推动着社会的信息化、智能化发展，并且在国民经济中扮演着举足轻重的作用。然而，嵌入式系统由于通常工作在复杂严苛的受限环境中，尤其对于那些采用电池供电的设备，因而嵌入式系统面临着严重的能耗约束。不仅如此，随着互联网的进一步发展以及物联网产业的逐渐兴起，嵌入式系统面临的安全威胁也日益严峻。低能耗、高安全性的嵌入式系统设计正面临着前所未有的挑战。低功耗嵌入式系统设计，离不开对系统能耗的测量分析。本文针对嵌入式软件传统能耗测量方法的不足，从专业测控领域寻找解决办法，设计实现了一种基于LabVIEW的精确能耗测量手段。该方法对嵌入式程序软件所运行的目标设备直接进行电压和电流信号的测量与采集，并采用一种基于离散数据的近似能耗计算方法，求得有效能耗数据。通过实际的对比测量，证明了本方法的正确性与有效性。要深入地研究安全与能耗之间的联系，对安全算法的能耗特征分析就显得尤为重要。为了获得相关安全算法的精确能耗和性能数据，基于本文提出的嵌入式软件能耗测量方法，搭建了实际的物理测量平台。在该平台上测得了典型安全算法的能耗数据，主要包括：对称密码算法、非对称密码算法、哈希算法。根据所测数据，本文提出一种多维的分析框架，从功率、速度、单位能耗成本这三个角度揭示了安全算法的能耗特征。为了帮助解释和研究这些能耗特征，本文还构建了相关的数学模型来进行归纳和扩展。高效率的安全与能耗感知的实时任务调度算法，对于降低系统能耗、提高系统安全性有显著作用。本文针对异构环境下的实时嵌入式系统，提出了安全与能耗感知的调度长度和能耗权重可调的WTSE（Weight Tuning for Schedule Length andEnergy Consumption）实时任务调度算法。该算法充分考虑了网络通信、安全服务、系统能耗、任务实时性等多种因素，并通过作业调度长度和能耗权重可调的线性判别函数来筛选最优结点。此外，设计了一种任务松散时间利用率机制，以确保安全服务不会占用过多能耗和处理机时间。通过相关算法的对比实验，证明了该算法在有效提高系统安全性和降低系统能耗的同时，可进一步保持较短的作业调度长度和较高的加速比性能。