基于ARM的嵌入式計算機系統的低功耗設計與實現
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2 功耗產生的原因
如圖1所示的嵌入式計算機系統硬件架構中，功耗主要來源于以下幾個方面：微處理器、LCD觸摸屏、集成電路、電阻和有源器件等。其中微處理器是系統功率消耗的主要來源，它幾乎占據了除LCD觸摸屏以外的整個系統功耗的一半以上，所以選擇低功耗的微處理器對于系統的功耗大小有舉足輕重的影響。LCD觸摸屏是嵌入式系統中功耗的另一個主要來源。除了微處理器和LCD觸摸屏之外，集成電路是系統組成的主要器件，對應的電路中只要有電流流過，就會產生功耗。集成電路的功耗主要包括開關功耗、靜態功耗、動態功耗、短路功耗和漏電功耗，對于目前大多數采用CMOS工藝的集成電路來說，主要的功耗是動態功耗，是指電路翻轉時產生的功耗，它是由于電路翻轉時存在跳變沿，在翻轉的瞬間，電流較大，所以動態功耗較大。除此之外，電阻和有源器件也是系統中功耗產生的一個原因，尤其在有源器件的狀態變化時產生較大的電流和電壓，引起較大的功率消耗。另外，CMOS電路中最大的功耗來自于內部和外部的電容充放電產生的功耗。
據功耗產生的原因，結合實際的應用環境，本設計的嵌入式計算機系統通過硬件和軟件的低功耗設計來實現系統的低功耗，下面詳細描述。
3 硬件的低功耗設計與實現
3．1 低功耗的微處理器選擇
如前所述，嵌入式計算機系統的微處理器是系統功耗的主要來源，所以在選擇微處理器即CPU時，不僅要注意微處理器的性能優劣(比如時鐘頻率)及提供的接口和功能多少，對于嵌入式計算機系統來說也要注重微處理器的功耗特性。微處理器的功耗包括內核消耗功耗和外部接口消耗功耗，內核消耗功耗主要體現在供電電壓和時鐘頻率的高低；外部接口消耗功耗體現在專門I／O控制器的功耗。
在本系統的設計中通過對微處理器的性能和功耗的比較和衡量，我們選擇了低功耗的微處理器PXA270，PXA270的主頻可以設置在104MHz到624MHz之間；PXA270嵌入式處理器在個人的互聯網客戶端架構處理器(PCA)中集成無線MMX技術，使得它擁有高性能、低功耗的多媒體加速能力，能夠很好地支持MPEG4和MP3解碼；同時加入了Intel Speed Step動態電源管理技術，在保證CPU性能的情況下，最大限度地降低小型嵌入式計算機系統的功耗。
3．2 接口電路的低功耗設計
嵌入式計算機系統的接口電路的低功耗設計主要體現在以下幾個方面：
(1)選擇靜態電流較低的外圍芯片，設計中除考慮系統的功能實現以外，在外圍接口芯片如USB接口、串口、以太網接口、CAN接口、音頻接口的設計芯片都盡量選擇靜態電流較低的芯片來實現系統功能。
(2)恰當地選擇上拉電阻／下拉電阻。對于嵌入式計算機系統的接口電路設計，許多信號管腳都涉及上拉電阻或下拉電阻，在設計中考慮能正常驅動后級信號的情況下，上拉電阻或下拉電阻盡量選擇較大的阻值。如同樣是在3．3V的系統中用10kΩ的上拉電阻比用4．7kΩ的上拉電阻，當輸出為低時，每只腳上的電流消耗少0．37mA，若系統設計中存在100個這樣的管腳，就減少了37mA的電流。系統的接口電路中多數情況為低的信號設計上用下拉電阻來節省功耗。
(3)懸空腳盡量接地或上拉到VCC。系統中的集成電路基本都是CMOS器件，CMOS器件由于其懸空的輸入端的阻抗極高，很可能感應一些電荷導致器件被高壓擊穿，而且還會導致輸入端信號電平隨機變化，導致CPU在休眠時不斷地被喚醒，從而無法進入休眠狀態或出現其他莫名其妙的故障，所以設計上未使用的懸空腳要盡量接地或上拉到VCC，減少不必要的功耗。
(4)慎重選擇Buffer。在以往的設計中，設計人員習慣用Buffer來增加電路的驅動能力，這些Buffer肯定會導致更多的功耗。在系統設計中，仔細檢查每個芯片的最大輸出電流IOH和IOL是否足以驅動下級芯片，通過選取合適的前后級芯片來避免不必要的Buffer，來盡量減少系統的功率消耗。 linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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