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動態電源管理技術優化嵌入式應用性能與功耗比

作者: 時間:2012-07-02 來源:網絡 收藏
作模式的DSP應用示例 src="/uploadfile/dygl//201207/20120702094459163.jpg" width=253 height=194>


  Blackfin DSP具有四種不同的工作模式(對應于四種不同的功耗分析),提供可選的性能和功耗特性。表1總結了每種模式的工作特性。

表1總結了每種模式的工作特性

  全速工作模式

  全速工作模式是Blackfin處理器的最高性能模式。在這種工作狀態下,處理器和所有允許的外圍設備都以全速運行。PLL是允許的,所以CCLK以CLKIN的倍頻運行。

  有效工作模式

  在有效工作模式下,PLL允許,但是被旁路,所以CCLK直接來自于CLKIN。因為CLKIN源自外部振蕩器輸入,不會超過33 MHz,所以這種模式可以顯著節省功耗。此時系統時鐘(SCLK)頻率也會降低,因為它永遠不會超過CCLK。在這種模式下PLL被繞開,所以改變PLL的倍頻系數是很安全的;但是,這種改變要直到DSP回到全速工作模式下才能奏效。在有效工作模式下, PLL不僅可以被旁路——它也可以被禁止,以便進一步節省功耗。

  休眠模式

  休眠模式由于禁止CCLK使得DSP內核空閑,所以顯著降低了功耗。但是,SCLK仍然是允許的,因此二級存儲器L2和外圍設備中仍然可以進行數據轉移。為了從休眠模式中退出,Blackfin提供一種DSP內核喚醒功能,其工作獨立于內核的事件控制器。

  深度休眠模式

  深度休眠模式由于禁止PLL, CCLK和SCLK,所以最大地節省功耗。在這種模式下,處理器內核和所有的外圍設備都被禁止,除了實時時鐘(RTC)以外。在深度休眠模式下,DEEP_SLEEP輸出引腳是可用的,以便允許外部功耗模式控制。深度休眠模式只能通過RTC中斷或者硬件復位事件才能退出。RTC中斷使得處理器轉變為有效工作模式;硬件復位起動硬件復位時序。

  3. 獨立的功耗域

  Blackfin DSP支持多種功耗域,包括專用的鎖相環功耗域,可用很小的鈕扣電池供電的實時時鐘(RTC),以及用于各種外圍設備的獨立域。內核處理器也有自己的功耗域。采用多種功耗域提供最大的靈活性,同時保證與市場上可提供的多種器件之間的直接連通性,例如SDRAM和SRAM存儲器。如圖5所示,獨立的功耗域允許改變Blackfin DSP的內核電壓,無需中斷與外部器件的連接。這是一個很重要的優勢,因為——如上面提到的——處理器消耗的功率與其工作電壓的平方成正比。

動態電源管理技術優化嵌入式應用性能與功耗比

  4. 采用高效的處理器體系結構

  對于給定應用降低功耗的另外一種經常被忽視的方法是為該應用選擇一種高效的處理器體系結構。 這種結構特性,例如特殊指令和快速的存儲器結構,由于減少總的算法執行時間而顯著降低功耗。另外,注重功耗的應用使高效的結構化算法極為重要,從而利用固有的體系結構特點,例如硬件環路緩沖和指令數據高速緩存。重要的是應該認識到復雜的算法通常會增加功耗,因為它們會占用較多的資源。如果算法經過優化,它就會執行較少的指令。完成算法所有步驟的速度越快,內核電壓和頻率就會降低得越快。

  在支持可以選擇禁止無用功能單元(例如片內存儲器、外圍設備、時鐘等)的體系結構中,可以進一步降低功耗。

  Blackfin DSP允許動態安排每個外圍設備的時鐘輸入時序,從而提供附加的功率控制能力。這樣就允許更加精細地控制功耗。而且,內部時鐘僅僅連接到器件的允許工作部分。例如,在ADSP-21535中,256kB的片內二級存儲器L2由8個32kB的存儲器組構成。這些存儲器組僅當它們被訪問時才提供時鐘,這個特性可以顯著節省功耗。

  5. 分析工具

  還有另外一種優化功耗的方法,Blackfin VisualDSP++工具套件可以分析應用程序以便確定一種算法每個部分的精確處理需求。這種分析工具允許系統設計工程師實時地定量分

析任何給定代碼段需要消耗的時間。如果在電池供電應用中采用這種方法,那么其內核和系統頻率,以及內核電壓,都可以進行修改以便達到完成該任務所需最小功耗的最佳匹配。

  6. 智能電壓調節

  從ADSP-21532開始,Blackfin DSP提供內置內核電壓調節。首款Blackfin DSP器件ADSP-21535需要一片外部電源管理芯片才允許動態控制內核電壓。ADP3053是一種支持ADSP-21535的電源管理的輔助芯片。該DSP使用3個引腳來控制由ADP3053提供的功率水平。ADP3053允許100 mV的內核電壓步長增量,從0.9 V增加到1.5 V。另外,ADP3053還為PLL提供低噪聲電源。

  結論

  使用DSP的設計工程師無須為了性能而犧牲功耗。有很多方法幫助他們來平衡這些經常會發生沖突的要求。通過從戰略上研究電源管理,而非權宜性的,就可以顯著節省功耗。Blackfin DSP系統為實現低功耗、高性能的應用提供了一種優良的平臺。

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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