《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何優(yōu)化嵌入式DSP應(yīng)用的功耗
摘要: 本文討論的電源優(yōu)化策略是一種從嵌入式項(xiàng)目之初即可用于降低與調(diào)節(jié)應(yīng)用功耗的通用模型。當(dāng)測(cè)量功耗無(wú)法滿足要求或需要采用額外的運(yùn)行時(shí)技術(shù)時(shí),上述策略可重復(fù)使用,先期步驟也可重復(fù)進(jìn)行,。例如,,在音頻應(yīng)用中采用這種策略,,僅需幾種高回報(bào)的節(jié)電技術(shù),,即可節(jié)省大量電能,。
關(guān)鍵詞: 電源管理 功耗 DSP 嵌入式
Abstract:
Key words :

采用軟硬件技術(shù)可以提高電源效率,,而使用內(nèi)置電源管理 API 的 DSP RTOS 更容易實(shí)現(xiàn)上述目的,。

作者:Scott Gary,德州儀器 (TI)

無(wú)線及有線系統(tǒng)設(shè)計(jì)師均必須重視電源效率問(wèn)題,,盡管雙方的出發(fā)點(diǎn)不盡相同,。

對(duì)于移動(dòng)設(shè)備而言,更長(zhǎng)的電池使用壽命,、更長(zhǎng)的通話時(shí)間或更長(zhǎng)的工作時(shí)間都是明顯的優(yōu)勢(shì),。降低電源要求意味著使用體積更小的電池或選擇不同的電池技術(shù),這在一定程度上也緩解了電池發(fā)熱問(wèn)題,。

對(duì)于有線系統(tǒng)而言,,設(shè)計(jì)師可通過(guò)減小電源體積、減少冷卻需求以及降低風(fēng)扇噪聲來(lái)提高電池效率,。人們很少會(huì)提到這樣一個(gè)事實(shí):提高電源效率還可節(jié)省空間,,用以增加能夠提高系統(tǒng)性能的組件,尤其是設(shè)計(jì)小組希望添加一個(gè)以上處理器時(shí),,這一點(diǎn)非常重要,。

設(shè)計(jì)嵌入式 DSP 處理器或系統(tǒng)功耗要求嚴(yán)格的系統(tǒng)時(shí),采用 DSP 專用技術(shù)、操作系統(tǒng)及其支持軟件可以降低功耗,。超越傳統(tǒng)技術(shù)的 DSP 或雙處理器設(shè)計(jì)在節(jié)約能量方面表現(xiàn)出色,。

本文將討論傳統(tǒng)及專門(mén)針對(duì) DSP 的功耗優(yōu)化技術(shù),首先對(duì)使用到的術(shù)語(yǔ)和原理進(jìn)行定義與說(shuō)明,。

功耗基礎(chǔ)知識(shí)

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 電路的總功耗是動(dòng)態(tài)功耗與靜態(tài)功耗之和 [參考資料 3]:

當(dāng)門(mén)發(fā)生邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生內(nèi)部結(jié)點(diǎn)充電所需的開(kāi)關(guān)電流以及P 通道及N 通道同時(shí)暫態(tài)開(kāi)啟引起直通電流時(shí),,就會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)功耗,。通過(guò)以下公式可以估算其近似值:

其中,,Cpd 為動(dòng)態(tài)電容,F(xiàn) 為開(kāi)關(guān)頻率,,Vcc 為電源電壓,,而 Nsw 為轉(zhuǎn)換的比特?cái)?shù)。

另外,,電壓 (Vcc) 決定著穩(wěn)定工作狀態(tài)下的最大開(kāi)關(guān)頻率 (F),。

上述關(guān)系中包含兩個(gè)重要概念:

  • 動(dòng)態(tài)功耗與開(kāi)關(guān)頻率呈線性關(guān)系,與電源電壓呈二次關(guān)系,。
  • 最大安全開(kāi)關(guān)頻率取決于電源電壓,。

為便于本文討論,將特定的頻率及電壓對(duì)稱為“設(shè)定點(diǎn)”,。

很顯然,,降低 CPU 時(shí)鐘速率將相應(yīng)成比例地降低動(dòng)態(tài)功耗,由于動(dòng)態(tài)功耗與電源電壓成二次關(guān)系,,在不影響系統(tǒng)性能的前提下,,通過(guò)降低電壓就可能額外大大降低功耗。

不過(guò),,對(duì)于特定任務(wù)集,,降低 CPU 時(shí)鐘速率也會(huì)成比例地延長(zhǎng)執(zhí)行該任務(wù)集的時(shí)間,因此必須仔細(xì)分析應(yīng)用以確保滿足其實(shí)時(shí)需求,。

靜態(tài)功耗主要是由于晶體管漏電流造成的,。一般說(shuō)來(lái),CMOS 電路的靜態(tài)功耗很低,,與其動(dòng)態(tài)功耗相比可以忽略不計(jì),。嵌入式應(yīng)用在不工作期間通常會(huì)“閑置”CPU 時(shí)鐘以減少動(dòng)態(tài)功耗,從而顯著降低總體功耗,。

而在未來(lái)的設(shè)計(jì)中必須特別關(guān)注靜態(tài)功耗問(wèn)題,,因?yàn)楦咝阅艿男滦途w管的漏電流將顯著提高 [參考資料 13]。

嵌入式系統(tǒng)常用技術(shù)

常用電源管理技術(shù)可以分為兩類:通過(guò)早期硬件設(shè)計(jì)決策實(shí)現(xiàn)或在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn),。

設(shè)計(jì)早期的決策對(duì)滿足性能及功耗至關(guān)重要,,下面列出了設(shè)計(jì)中需要考慮的十大要素,其中包括硬件選擇,、設(shè)計(jì)策略及架構(gòu)選擇,。大多數(shù)要素都是嵌入式系統(tǒng)的基本要求,,其它要素則需要單獨(dú)考量。盡管下列決策是在設(shè)計(jì)早期制定的,,但有些仍需在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中進(jìn)行再驗(yàn)證,。如下所列:

  1. 選擇低功耗組件
  2. 分割電壓與時(shí)鐘域;
  3. 支持電壓及時(shí)鐘縮放功能,;
  4. 啟用保持電壓門(mén)控功能,;
  5. 利用軟件中斷減少輪詢;
  6. 采用分級(jí)存儲(chǔ)器模型,;
  7. 降低輸出負(fù)載,;
  8. 引導(dǎo)時(shí)關(guān)閉非關(guān)鍵無(wú)動(dòng)力資源;
  9. 盡量減少活動(dòng) PLL 數(shù)量,;
  10. 使用時(shí)鐘分割器快速變換頻率,。

有關(guān)上述列表的詳細(xì)信息如表 1 所示。

表 1. 通過(guò)早期硬件設(shè)計(jì)決策降低功耗

確定系統(tǒng)架構(gòu)以后,,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要將注意力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)環(huán)境,。雖然以下列出的僅 14項(xiàng),但在設(shè)計(jì)過(guò)程中要始終關(guān)注其中大部分內(nèi)容,。

  1. 不需要時(shí)則關(guān)閉門(mén)時(shí)鐘
  2. 引導(dǎo)過(guò)程中主動(dòng)關(guān)閉不必要的功耗
  3. 僅在需要時(shí)用門(mén)向子系統(tǒng)供電
  4. 激活外設(shè)低功耗模式
  5. 充分利用外設(shè)活動(dòng)檢測(cè)器
  6. 使用自動(dòng)刷新模式
  7. 通過(guò)基準(zhǔn)應(yīng)用確定最小必需頻率及電壓
  8. 根據(jù)總體活動(dòng)情況調(diào)整 CPU 頻率及電壓
  9. 動(dòng)態(tài)調(diào)度 CPU 頻率及電壓以匹配預(yù)測(cè)工作負(fù)載
  10. 優(yōu)化代碼的執(zhí)行速度
  11. 使用低功耗代碼序列及數(shù)據(jù)模型
  12. 使用代碼覆蓋技術(shù)減少對(duì)高速內(nèi)存的需求
  13. 更換電源時(shí)進(jìn)入簡(jiǎn)化性能模式
  14. 平衡精確度與功耗的關(guān)系

老練的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須至少要從概念上熟悉上述嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)要素(其中一項(xiàng)與 DSP電路有關(guān)),,有關(guān)上述列表的詳細(xì)信息如表 2 所示。

表 2. 通過(guò)常用運(yùn)行時(shí)技術(shù)降低功耗

實(shí)現(xiàn)表 1 及表 2 所述做法及策略并不容易,。任何降低功耗的設(shè)計(jì)都有可能對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響或?qū)е孪到y(tǒng)不穩(wěn)定,。下表列出了使用基本電源管理技術(shù)所面臨的主要難題。

表 3. 實(shí)際嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的主要難題

DSP RTOS 如何解決難題

大多數(shù)老練的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師都知道,,表 2 中列出的許多技術(shù)問(wèn)題都可以在操作系統(tǒng)中解決,,而不必讓每個(gè)新的設(shè)計(jì)項(xiàng)目都“從零開(kāi)始”。

上述最有價(jià)值并且得到普遍認(rèn)可的技術(shù)中的一個(gè)子集已包括在 RTOS 中,,相關(guān)技術(shù)包括:閑置,、關(guān)閉活動(dòng)電源、器件驅(qū)動(dòng)器通知,、內(nèi)存管理,、V/F 縮放。由于設(shè)計(jì)目標(biāo)不盡相同,,將這些技術(shù)構(gòu)建到 RTOS 中需要很多技巧,。設(shè)計(jì)師必須可以選擇混合或匹配子集。關(guān)鍵的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是高效性,、靈活性以及操作系統(tǒng)的松耦合,。

TI 的 DSP/BIOS™ 操作系統(tǒng)的電源管理器 (PWRM) 非常適于用作現(xiàn)有 RTOS 的電源管理模塊 [參考資料 4]。盡管以下描述的實(shí)施是就特定 DSP/BIOS 而言的,但其概念可簡(jiǎn)單地運(yùn)用其他操作系統(tǒng),,甚至用于無(wú)操作系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境,。

電源管理器的要求

電源管理器實(shí)施的關(guān)鍵要求如下:

  1. 管理決策必須由應(yīng)用觸發(fā),而不是操作系統(tǒng)觸發(fā),;
  2. 電源管理活動(dòng)應(yīng)當(dāng)針對(duì)大部分應(yīng)用代碼透明,;
  3. 電源管理器必須支持電壓與頻率 (V/F) 縮放,并充分利用芯片空閑與睡眠模式,;
  4. 電源管理器必須在應(yīng)用代碼,、驅(qū)動(dòng)器以及操作系統(tǒng)本身范圍內(nèi)協(xié)調(diào)電源事件處理,并在發(fā)生特定事件時(shí)向客戶端發(fā)出通知,;
  5. 電源管理特性必須在任何線程環(huán)境中可用,,并且還必須對(duì)特定客戶端的多個(gè)實(shí)例可用(如一個(gè)器件驅(qū)動(dòng)器的多個(gè)實(shí)例),;
  6. 在向客戶端發(fā)出電源事件通知時(shí),,電源管理器必須支持事件處理的延遲完成,并在等待延遲客戶端的完成信號(hào)的同時(shí)通知其他客戶端,;
  7. 對(duì)具有不同功能的不同平臺(tái),,電源管理器必須是可擴(kuò)展的和便攜性的。

為滿足上述的關(guān)鍵要求,,可將電源管理器作為 DSP/BIOS 的附屬模塊被添加,,如圖 1 所示。

圖 1. 電源管理器分區(qū) 

電源管理器位于內(nèi)核之外,,其不是系統(tǒng)中的一項(xiàng)任務(wù),,而是一系列可在應(yīng)用控制線程以及器件驅(qū)動(dòng)器環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的 API。

這意味著無(wú)需修改內(nèi)核,。但在 CPU 時(shí)鐘與操作系統(tǒng)定時(shí)器時(shí)鐘相耦合的平臺(tái)上,,DSP/BIOS 時(shí)鐘模塊 (CLK) 需要補(bǔ)充例行程序,這對(duì)頻率縮放非常重要,,因?yàn)檫@些例行程序能夠作為 PWRM 的客戶端程序適應(yīng)操作系統(tǒng)時(shí)鐘,。

電源管理器寫(xiě)入并讀取時(shí)鐘空閑配置寄存器,并通過(guò)控制 CPU 時(shí)鐘速率及穩(wěn)壓電路的平臺(tái)特定型功率擴(kuò)展庫(kù) (PSL) [參考資料. 5]直接與 DSP 硬件相連接,。PSL 將電源管理器及應(yīng)用的其他部分與頻率和電壓控制硬件的低級(jí)實(shí)施細(xì)節(jié)相隔離,。

電源管理器擁有若干個(gè)與應(yīng)用相關(guān)的任務(wù)。由設(shè)計(jì)工程師對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)配置,,并在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)用:

  • 空閑時(shí)鐘域 —— 電源管理器提供的接口可使特定時(shí)鐘域處于空閑狀態(tài),,從而降低有效功耗。此外,,其還可以在 OS 空閑環(huán)路 (idle loop) 的適當(dāng)點(diǎn)提供能自動(dòng)使 DSP CPU 和高速緩存處于空閑狀態(tài)的機(jī)制,。
  • 降低引導(dǎo)時(shí)間的功耗——電源管理器包含一個(gè)鉤子機(jī)制 (hook mechanism),這使開(kāi)發(fā)人員能夠設(shè)定省電功能,以便在引導(dǎo)時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)用,。
  • 電壓及頻率 (V/F) 縮放——電源管理器提供的接口可使應(yīng)用動(dòng)態(tài)更改 DPS 內(nèi)核的工作電壓及頻率,。因此,應(yīng)用可利用該特性根據(jù)相關(guān)的處理要求相應(yīng)調(diào)整功耗,。電源管理器 API 可設(shè)定應(yīng)用中的電壓是否應(yīng)隨同頻率進(jìn)行縮放,,以及在降壓 (down-voltage transition) 轉(zhuǎn)換過(guò)程中是否可繼續(xù)執(zhí)行任務(wù),轉(zhuǎn)換時(shí)延由負(fù)載而定,,有可能會(huì)較長(zhǎng),;如果處理器在降壓轉(zhuǎn)換期間工作正常,則允許繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用,;此外,,電源管理器還包含用于查詢 V/F 設(shè)定點(diǎn)屬性及時(shí)延的 API。
  • 睡眠模式——電源管理器包含的配置接口及運(yùn)行時(shí)接口使開(kāi)發(fā)人員可喚醒自定義睡眠模式,,以便在非工作狀態(tài)期間節(jié)省電能,。
  • 電源事件的注冊(cè)及通知——為了調(diào)整整個(gè)應(yīng)用中的 V/F 縮放比例、睡眠模式以及其他事件,,電源管理?yè)碛幸惶鬃?cè)及通知機(jī)制 (registration and notification mechanism),,以使諸如應(yīng)用代碼、外設(shè)驅(qū)動(dòng)器,、封裝內(nèi)容以及 OS 時(shí)鐘模塊等實(shí)體能夠進(jìn)行注冊(cè),,用于通知會(huì)影響這些實(shí)體的特定事件,例如“即將更改 V/F 設(shè)定點(diǎn)”,、“完成更改V/F 設(shè)定點(diǎn)”,、“進(jìn)入睡眠模式”、“從睡眠模式中喚醒”以及出現(xiàn)“電源故障”等,。通知進(jìn)程 (notification process) 是電源管理器的重要特性,。當(dāng)無(wú)需通知時(shí)可使用“未登記”功能。

電源管理器 API

表 4 對(duì)運(yùn)行時(shí)應(yīng)用編程接口進(jìn)行了匯總,。

 

數(shù)

PWRM_changeSetpoint

對(duì)最新的 V/F 設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行初始化更改

PWRM_configure

為 PWRM 設(shè)置新的配置參數(shù)

PWRM_getCapabilities

在該平臺(tái)上獲取有關(guān) PWRM 性能的信息

PWRM_getCurrentSetpoint

獲取當(dāng)前的有效設(shè)定點(diǎn)

PWRM_getNumSetpoints

獲取該平臺(tái)上可用設(shè)定點(diǎn)的數(shù)量

PWRM_getSetpointInfo

獲取設(shè)定點(diǎn)的相應(yīng)頻率及電壓值

PWRM_getTransitionLatency

獲取兩個(gè)設(shè)定點(diǎn)之間比例縮放的時(shí)延

PWRM_idleClocks

使特定時(shí)鐘域立即進(jìn)入空閑模式

PWRM_registerNotify

注冊(cè)可在發(fā)生特定功耗事件時(shí)進(jìn)行調(diào)用的函數(shù)

PWRM_sleepDSP

將 DSP 轉(zhuǎn)換至新的睡眠狀態(tài)

PWRM_releaseDependency

解除此前聲明的資源依賴性

PWRM_setDependency

聲明對(duì)電源的可管理資源具有依賴性

PWRM_unregisterNotify

未注冊(cè)來(lái)自 PWRM 的事件通知

 

表 4. 電源管理運(yùn)行時(shí) API 的匯總

戰(zhàn)略實(shí)施

由于已經(jīng)建立了提高電源效率的基礎(chǔ),,下一步工作就應(yīng)該進(jìn)行戰(zhàn)略定義,以便開(kāi)發(fā)低功耗應(yīng)用,,并充分利用 OS 中的部分技術(shù)及支持,。

所建議的策略包括以下 11 個(gè)步驟。該戰(zhàn)略具有可重復(fù)性:
當(dāng)無(wú)法滿足電源管理目標(biāo),,也就是說(shuō)需要采用額外的運(yùn)行時(shí)方案才能滿足應(yīng)用電源預(yù)算時(shí),,就可重復(fù)訪問(wèn)這些步驟。

  1. 從初始就考慮到電源效率,;
  2. 選擇低功耗組件,;
  3. 對(duì)電源進(jìn)行建模和估測(cè),,并進(jìn)行相應(yīng)的硬件測(cè)試;
  4. 針對(duì)電源管理和測(cè)量設(shè)計(jì)具備鉤子機(jī)制的 HW,;
  5. 構(gòu)建可大幅提高工作效率的 SW,;
  6. 啟用簡(jiǎn)單的電源管理“開(kāi)/關(guān)機(jī)切換”特性;
  7. 在無(wú)需電源管理的情況下也可率先進(jìn)入工作,;
  8. 重復(fù)開(kāi)啟“開(kāi)機(jī)”特性,,并測(cè)量功耗開(kāi)銷 (payoff);
  9. 開(kāi)啟代碼生成優(yōu)化功能,、重置代碼及數(shù)據(jù),,并調(diào)整 “熱點(diǎn)” 監(jiān)測(cè);
  10. 進(jìn)行校準(zhǔn),,以實(shí)現(xiàn)頻率及電壓的最小化,;
  11. 激活所有的電源管理特性,并進(jìn)行相應(yīng)部署,。

表 5 對(duì)上述戰(zhàn)略進(jìn)行了非常詳盡的匯總說(shuō)明,。我們將在下文討論如何高效應(yīng)用上述策略。

表 5. 低功耗應(yīng)用開(kāi)發(fā)的詳細(xì)策略

音頻應(yīng)用范例

選用現(xiàn)成的 DSP 評(píng)估板 5509A EVM PLUS 板作為測(cè)試平臺(tái),,該評(píng)估板不僅支持 V/F 縮放 ,,還包含針對(duì) DSP 內(nèi)核與總體系統(tǒng)電源測(cè)量的鉤子機(jī)制,。

需要注意的是,,EVM 作為易于使用的評(píng)估平臺(tái),并未在出廠時(shí)提供最佳功耗配置,。另外,,在評(píng)估效果時(shí)應(yīng)謹(jǐn)記由于其易于配置,所以 EVM 上測(cè)量的總體系統(tǒng)電源數(shù)量就應(yīng)多于通常情況下部署的平臺(tái),。EVM 還能以 DSP 內(nèi)核級(jí)與系統(tǒng)級(jí)兩種方法測(cè)量各種技術(shù)的有效性,。

步驟 1 無(wú)需解釋。步驟 2 及 4 基本上都由這種特殊 EVM 完成,,這充分表明了該平臺(tái)的廣泛適用性,。步驟 3(試驗(yàn))在 EVM 上進(jìn)行,目的是測(cè)量各種技術(shù)的效果(如片上與片外存取的內(nèi)核及系統(tǒng)電源,、DMA 與 CPU 傳輸?shù)谋容^,、空閑外設(shè)及時(shí)鐘域的作用等等)。

架構(gòu)

應(yīng)用范例如圖 2 所示,。如欲獲得該應(yīng)用的詳細(xì)信息(包括獨(dú)立的應(yīng)用手冊(cè)及源代碼),,請(qǐng)查閱參考資料 15。

圖 2. 音頻應(yīng)用

音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣通過(guò)多信道緩沖串行端口 (McBSPs) 回放到 DSP,。DSP DMA 引擎向McBSP 輸入或讀出采樣信號(hào),。立體聲音頻數(shù)據(jù)通過(guò) RxSplit 任務(wù)與 Processing Task(正在處理的任務(wù))分離為兩個(gè)數(shù)據(jù)流,。DIP 開(kāi)關(guān)用于選擇 G726 編碼/解碼處理或簡(jiǎn)單音量控制。兩個(gè)通道隨后在 TxJoin 任務(wù)中組合,,然后輸出至揚(yáng)聲器,。

Control(控制)任務(wù)被周期性觸發(fā),檢查 DIP 開(kāi)關(guān)以確定是否需要進(jìn)行模式切換(如改變處理模式或進(jìn)入睡眠狀態(tài)),。根據(jù)應(yīng)用模式的不同,,Control(控制)任務(wù)可能會(huì)檢查 CPU 負(fù)載,如果合適還會(huì)更改 V/F 設(shè)定點(diǎn),。

與電源相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)決定包括:

  1. 使用 OS 線程及阻塞原語(yǔ) (blocking primitive) 空閑時(shí)鐘,;
  2. 使用 DMA 提高后臺(tái)數(shù)據(jù) (background data) 傳輸效率。在 DMA 塊中完成傳輸(而不是每次數(shù)據(jù)采樣都從串行端口導(dǎo)入或讀出)后即中斷 CPU,;
  3. 使用共享的外部時(shí)鐘控制串行端口(無(wú)需對(duì)串行端口進(jìn)行重新編程,,即可進(jìn)行 DSP CPU 的頻率縮放);
  4. 注冊(cè)回叫以便為編解碼器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)定鉤子機(jī)制,,當(dāng)應(yīng)用進(jìn)入深度睡眠模式時(shí)關(guān)斷編解碼器,;
  5. 在音頻質(zhì)量下降前使用校準(zhǔn)功能恢復(fù)設(shè)定點(diǎn)頻率(及電壓);
  6. 使用電源管理器的時(shí)鐘適應(yīng)功能,,使周期函數(shù)在頻率縮放后繼續(xù)以特定速率工作,;
  7. 使用 DSP 再引導(dǎo)間的電源管理器“深度睡眠”接口。

結(jié)論

總體效果總結(jié)如表 6 所示,。前后模式的主要差異用黑體表示,。

 

設(shè)置

DSP 內(nèi)核 (mW)

DSP 節(jié)省 (%)

電路板 (mW)

電路板節(jié)省 (%)

1. CPU 工作頻率為 192MHz、電壓為1.6v
均為片外代碼
降低引導(dǎo)功耗功能:關(guān)閉
空閑環(huán)路:域處于活動(dòng)狀態(tài)

 

207.8

 

--

 

2219

 

--

2. CPU 工作頻率為192MHz,、電壓為 1.6v
均為片上代碼
降低引導(dǎo)功耗:關(guān)閉
空閑環(huán)路:域處于活動(dòng)狀態(tài)

 

203.3

 

2.17

 

1789

 

 


3. CPU 工作頻率為192MHz,、電壓為1.6v
均為片上代碼
降低引導(dǎo)功耗:開(kāi)啟
空閑環(huán)路:域處于空閑狀態(tài)

 

155.2

 

 

 


 

 

1663

 

25.1

4. CPU 工作頻率為144MHz、電壓為 1.4v
均為片上代碼
降低引導(dǎo)功耗:開(kāi)啟
空閑環(huán)路:域處于空閑狀態(tài)

 

99.5

 

 

 


 

 

1605

 

27.7

5. DSP 處于深度睡眠(完全空閑)狀態(tài)
休眠前電壓值最小時(shí)頻率達(dá)到最大
編解碼器斷電

 

0.361

 

 


 

1352

 

 

表 6. 節(jié)電效果

  • 模式 #1 為基準(zhǔn)測(cè)量,,全部使用片外代碼,。
  • 模式 #2 消除所有片上代碼,DSP 級(jí)節(jié)電效果較小,,但板級(jí)節(jié)電達(dá)到 19%,。
  • 模式 #3 包括一些引導(dǎo)時(shí)間節(jié)電配置(如關(guān)閉 DSP 的 CLKOUT 信號(hào)、未用計(jì)時(shí)器的自動(dòng)空閑配置以及關(guān)閉板上 LED)及在 BIOS 空閑環(huán)路中的閑置,,從而可實(shí)現(xiàn)25% 的 DSP 內(nèi)核級(jí)節(jié)電,。
  • 模式 #4 為設(shè)定點(diǎn)在 1.4v 下降至 144MHz 時(shí)的功耗,在該模式下可進(jìn)行音頻處理,,同時(shí)仍能滿足實(shí)時(shí)最低要求,,從而實(shí)現(xiàn) 52% 的 DSP 內(nèi)核級(jí)節(jié)電。
  • 模式 #5 為應(yīng)用處于待機(jī)模式下的功耗,,該模式配置包括外部編解碼器關(guān)斷,、設(shè)定點(diǎn)支持以最小電壓最大頻率快速啟動(dòng)驅(qū)動(dòng),、DSP 處于門(mén)控時(shí)鐘深度睡眠模式,該模式下的待機(jī)功耗僅為 361µW,。

設(shè)計(jì)人員可根據(jù)特定應(yīng)用的要求選擇適用的技術(shù),,從而更有利于支持 RTOS 集成高回報(bào)技術(shù)。借助 OS 的這種支持功能,,設(shè)計(jì)人員能夠以低開(kāi)銷方便安全地提高應(yīng)用電源效率,。

本文討論的電源優(yōu)化策略是一種從嵌入式項(xiàng)目之初即可用于降低與調(diào)節(jié)應(yīng)用功耗的通用模型。當(dāng)測(cè)量功耗無(wú)法滿足要求或需要采用額外的運(yùn)行時(shí)技術(shù)時(shí),,上述策略可重復(fù)使用,,先期步驟也可重復(fù)進(jìn)行。例如,,在音頻應(yīng)用中采用這種策略,,僅需幾種高回報(bào)的節(jié)電技術(shù),即可節(jié)省大量電能,。

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