嵌入式系統(tǒng)電源管理實(shí)現(xiàn)對(duì)比

據(jù)ARM估計(jì)，32位的Cortex-M3處理器內(nèi)核以0.19mW/MHz(0.18微米)極低的功耗在特殊應(yīng)用中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。32位Cortex-M3設(shè)備執(zhí)行任務(wù)的速度比8位設(shè)備快許多倍，所以活動(dòng)模式中所用的時(shí)間更短，平均功率相應(yīng)降低。其功耗如表2所示。表2 Cortex-M3能量消耗
 
 
 
能量消耗1MHZ16MHZ32MHZ
ActivemW0.29mW4.5mW9mW
SleepmW0.01mW0.16mW0.3mW
StandbyµW1µW1µW1µW

高端ARM處理器還支持功能更強(qiáng)大的電源管理功能，通過電壓調(diào)節(jié)與頻率調(diào)節(jié)相結(jié)合，極大地降低功耗，提高能量效率。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)是通過對(duì)系統(tǒng)的負(fù)載預(yù)測(cè)，在一個(gè)開環(huán)電壓控制系統(tǒng)中用多組能耗級(jí)別的頻率、電壓對(duì)來實(shí)現(xiàn)。自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)用一個(gè)閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，它無(wú)需配對(duì)的頻率、電壓，能提供更優(yōu)的節(jié)能效果。

例如以TI的 OMAP1610(ARM926E核)處理器為例，內(nèi)部可以調(diào)節(jié)參數(shù)包括：CPU電壓，DPLL頻率控制，CPU頻率控制，交通控制器(TC)，外部設(shè)備控制器，DSP運(yùn)行頻率，DSP MMU頻率，LCD刷新頻率。通過定義操作點(diǎn)(Operation Points，OP)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來抽象表示頻率、電壓等能耗級(jí)別，如表3所示。表3 OMAP1610操作點(diǎn)參數(shù)
 
 
 
參數(shù)操作點(diǎn)CPU電壓
（mV）DPLL頻率
乘法器DPLL頻率
分頻器CPU頻率
控制TC
控制器
192MHz~1.5V150016112
168MHz~1.5V150014112
84MHz~1.5V150014122
84MHz~1.5V110014122
60MHz~1.5V15005111
60MHz~1.5V11005111

其中，192MHz-1.5V操作點(diǎn)參數(shù)1500表示OMAP3.2核心電壓1500mV；16表示DPLL頻率控制12MHz晶振輸入倍頻16倍；1表示分頻為1；1表示OMAP3.2核心分頻為1(所以它運(yùn)行在192MHz)；2表示TC(交通控制器)分頻為2(所以它運(yùn)行在96MHz)；如果使用TI的DSP代碼，則后四個(gè)參數(shù)為不可控，均使用默認(rèn)值。

更先進(jìn)電源管理功能的嵌入式微處理器還有90nm工藝的Marvel PAX300系列，提供更細(xì)顆粒的電源管理技術(shù)(稱為MSPM)，API和驅(qū)動(dòng)程序；飛思卡爾iMX31支持DVFS(動(dòng)態(tài)的電壓和頻率調(diào)節(jié))和DPTC(動(dòng)態(tài)的處理器溫度補(bǔ)償)等技術(shù)，它配合飛思卡爾MC13783和MC34704 IC管理器件，Linux驅(qū)動(dòng)和策略管理代碼，用戶可以方便地構(gòu)建一個(gè)具備優(yōu)秀電源管理能力的嵌入式系統(tǒng)。

ARM 與國(guó)家半導(dǎo)體(NS)開發(fā)出了先進(jìn)的能量管理解決方案，智能能量管理器(IEM)預(yù)測(cè)軟件決定了處理器可以運(yùn)行的最低性能級(jí)別，同時(shí)，通過智能能量控制器(IEC)的幫助、通過自適應(yīng)功率控制器(APC)與外部能量管理單元(EMU)一起工作，使處理器運(yùn)行在能保證應(yīng)用軟件正確運(yùn)行的最低電壓和頻率下。
 
典型嵌入式系統(tǒng)能耗組成

典型嵌入式系統(tǒng)，例如移動(dòng)終端，其能耗主要部件包括嵌入式微處理器(CPU)、內(nèi)存、LCD及背光，電源轉(zhuǎn)換部件，其他部件還可能包括基帶處理器、DSP、外設(shè)控制器等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CPU占20%~25%，LCD以及背光占用了20％，內(nèi)存占15％，電源轉(zhuǎn)換占5%~10％，其他的組成占用剩余的30%~40%。典型嵌入式系統(tǒng)的能耗組成如圖2所示。

在這些元件中，有些元件性能指標(biāo)和能耗固定；有些元件可在不同時(shí)間工作，并有多種可控的耗能狀態(tài)。后者的有效使用成為系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵所在。

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