基于嵌入式DSP系統(tǒng)的低功耗優(yōu)化設計

作者：時間：2012-05-23 來源：網(wǎng)絡

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電源管理器的要求

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/149007.htm

　　電源管理器設計的關鍵要求如下：

　　1. 管理決策必須由應用觸發(fā)，而不是操作系統(tǒng)觸發(fā)；

　　2. 電源管理活動應當針對大部分應用代碼透明；

　　3. 電源管理器必須支持電壓與頻率（V/F）調(diào)節(jié)，并充分利用芯片的空閑與睡眠模式；

　　4. 電源管理器必須在應用代碼、驅(qū)動程序以及操作系統(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，并且還必須對特定客戶端的多個實例可用（如一個器件驅(qū)動程序的多個實例）；

　　6. 在向客戶端發(fā)出電源事件通知時，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的同時通知其他客戶端；

　　7. 對具有不同功能的不同平臺，電源管理器必須是可擴展的和可移植的。

　　為滿足上述的關鍵要求，可將電源管理器作為DSP/BIOS的附屬模塊添加，如圖1所示。電源管理器位于內(nèi)核之外，它不是系統(tǒng)中的一項任務，而是一組可在應用控制線程以及器件驅(qū)動程序環(huán)境中執(zhí)行的API。

　　圖1. 電源管理器分區(qū)

　　這意味著無需修改內(nèi)核，但在CPU時鐘與操作系統(tǒng)定時器時鐘相結(jié)合的平臺上，DSP/BIOS時鐘模塊（CLK）需要補充例程（routine），這對頻率縮放非常重要，因為這些例程能夠使OS時鐘適應PWRM的客戶端。

　　電源管理器通過寫入并讀取時鐘空閑配置寄存器，并通過控制CPU時鐘速率及穩(wěn)壓電路的特定平臺功率擴展庫（PSL），直接與DSP硬件相連接。PSL將電源管理器及應用的其他部分與頻率和電壓控制硬件的低層實現(xiàn)細節(jié)相隔離。

　　電源管理器擁有若干個與應用相關的任務。由設計工程師對其進行靜態(tài)配置，并在運行時進行動態(tài)調(diào)用：

　　1．空閑時鐘域—電源管理器提供的接口可使特定時鐘域處于空閑狀態(tài)，從而降低功耗。此外，它還可以在OS空閑循環(huán)的適當點提供能自動使DSP CPU和高速緩存處于空閑狀態(tài)的機制。

　　2．降低引導時間的功耗—電源管理器包含一個鉤子機制（hook mechanism），這使開發(fā)人員能夠設定省函數(shù)，以便在引導時間實現(xiàn)自動調(diào)用。

　　3．電壓及頻率（V/F）調(diào)節(jié)—電源管理器提供的接口可使應用程序動態(tài)更改DSP內(nèi)核的工作電壓及頻率。因此，應用程序可利用該特性根據(jù)相關的處理要求相應調(diào)整功耗。電源管理器API可設定應用中的電壓是否應隨同頻率進行調(diào)節(jié)，以及在降壓轉(zhuǎn)換過程中是否可繼續(xù)執(zhí)行任務，轉(zhuǎn)換時延由負載而定，有可能會較長；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)行應用；此外，電源管理器還包含用于查詢V/F設定點屬性及時延的API。

　　4．睡眠模式—電源管理器包含的配置及運行時接口使開發(fā)人員可產(chǎn)生自定義睡眠模式，以便在非工作狀態(tài)期間節(jié)省電能。

　　5．電源事件的注冊及通知—為了調(diào)整整個應用中的V/F調(diào)節(jié)比例、睡眠模式以及其他事件，電源管理擁有一套記錄及通知機制，以使諸如應用代碼、外設驅(qū)動程序、打包的內(nèi)容以及OS時鐘模塊能針對會影響到他們的特定事件進行記錄，以便通知。這些電源事件如“即將更改 V/F 設定點”、“完成更改V/F 設定點”、“進入睡眠模式”、“從睡眠模式中喚醒”以及出現(xiàn)“電源故障”等。通知進程（notification process）是電源管理器的重要特性。當無需通知時可使用“未登記”功能。

　　策略實施

　　上面已經(jīng)建立了提高電源效率的基礎，下一步工作就應該確定開發(fā)高效率應用的策略，并充分利用OS中的部分方法及支持。

　　所建議的策略包括以下11個步驟。該策略具有可重復性：當無法滿足電源管理目標，或者需要采用額外的運行時方法才能滿足應用的電源預算時，就可重復這些步驟。

　　1. 從最初就考慮到電源效率；

　　2. 選擇低功耗組件；

　　3. 對電源進行建模和估測，并進行相應的硬件測試；

　　4. 針對電源管理和測量設計具備鉤子機制的硬件；

　　5. 構(gòu)建可大幅提高工作效率的軟件；

　　6. 啟用簡單的電源管理開／關機切換；

　　7. 在無電源管理的情況下也可先進入工作；

　　8. 重復開啟“開機”特性，并測量功耗開銷（payoff）；

　　9. 開啟代碼生成優(yōu)化功能、重置代碼及數(shù)據(jù)，并調(diào)整“熱點”監(jiān)測；