嵌入式系統(tǒng)能耗的動態(tài)管理方案

與 IEM 軟件一起聯(lián)合工作的是 Intelligent Energy Controller（智能能量控制器，IEC）部件。IEC 是一個 APB 外設，它可以快速地集成到任何基于 AMBA 規(guī)范的 SoC 設計中。IEC 使用精密計數(shù)器和定時器測出當前的系統(tǒng)性能水平，并將其送給軟件，以確保處理器的性能永遠能夠滿足軟件工作負荷的最低要求。它還將大部分軟件測量活動下載給硬件，從而減少了處理器上 IEM 軟件的開銷。

IEC 部件還提供一個對性能調(diào)整硬件的抽象。從軟件的角度看，當工作負載變化而且預測被修改時，才向 IEC 提交一個新的性能級別請求。這種性能級別的實現(xiàn)則用抽象方法對軟件進行隱藏。ARM 的 IEM 軟件部件優(yōu)化功耗的性能設定算法是基于工作負荷的差異，與之類似，國家半導體的 PowerWise 技術也根據(jù)當時的環(huán)境狀況以及各器件間的工藝差異，通過調(diào)整運行參數(shù)來確保處理器不會在最差的情況下工作。

國家半導體用于自適應電壓調(diào)整或動態(tài)電壓調(diào)整的 PowerWise 技術的核心是一個低門數(shù)、綜合的數(shù)字部件，名叫 Adaptive Power CONtroller（自適應功率控制器，APC）。APC 包括硬件性能監(jiān)控器，它可以準確地監(jiān)控處理器的功耗，跟蹤溫度以及不同器件工藝的變化。APC 與片外能量管理單元（EMU）的通信通過一個雙線、雙向總線進行，這個總線叫 PowerWise 接口（PWI）。

圖 5 顯示了完整的端到端參考解決方案，它使用了 ARM 公司的 IEM 和 IEC 部件，以及國家半導體公司的 APC 和 EMU 部件。

由 ARM 的 IEM 預測出的總體性能級別通過 IEM 硬件部分的抽象層傳送給 APC。APC 自適應地調(diào)整供電電壓，以覆蓋內(nèi)核工藝和當時的運行條件，滿足特定的性能要求。

在設計時 IEC 可以配置為連接到片上特別設計的時鐘管理單元（CMU）和 APC 部件。CMU 負責為處理器提供與所需性能級別相適應的時鐘頻率。APC 負責管理片外 EMU，為處理器內(nèi)核提供能滿足所需性能級別的最低電壓，同時還要考慮當前內(nèi)核工藝與溫度狀況。由 IEC 部件來協(xié)調(diào)管理時鐘頻率與電壓的變化，以保證任何時候兩者的組合都是有效的，并且不同性能級別之間的轉(zhuǎn)換要順利，而且在時鐘產(chǎn)生方案與外部 EMU 的限制下轉(zhuǎn)換要盡可能快。

能量管理的最大限度ARM 與國家半導體開發(fā)出了這些先進的能量管理解決方案，可 以協(xié)助 OEM 廠商實現(xiàn)他們的手持式電池供電產(chǎn)品的電池壽命最大化（電池壽命現(xiàn)在是最終用戶真正關心的幾個關鍵要素之一）。整個解決方案具有部件化的特性，這意味著該技術可以自我調(diào)整去適應各種性能調(diào)整硬件，包括 DVS 和 AVS。IEM 預測軟件決定了處理器可以運行的最低性能級別，同時通過 IEC 的幫助，也確保永遠不會低于軟件的最低界線。APC 用性能預測與外部 EMU 一起工作，使處理器運行在能保證應用軟件正確運行的最低電壓和頻率下。在已確定時鐘發(fā)生器、供電電壓動態(tài)范圍，以及混合應用軟件可用余量等限制條件下，這一完整的解決方案能將處理器的功耗降低到最低程度。

ARM 智能能量管理技術可以用于降低一個嵌入式處理器的能量需求，最高可達75%。國家半導體公司的 PowerWise 技術可以減小安全裕度，并進一步減少能耗，與開環(huán)電壓控制方案相比，在室溫下使用 AVS 可以再節(jié)省 45% 的能耗。通過模擬工作與測試芯片顯示，結(jié)合使用 IEM 和 PowerWise 技術可以把智能手機和 PDA 這類產(chǎn)品的總能耗降低 30%，這對增加電池壽命有相當大的好處，同時還可以減小產(chǎn)品體積或降低成本。

正如前面所說，在一個典型設計中，處理器只是許多耗能部件中的一個。當 IEM 和 PowerWise 技術進入實用時，預計它們將被用于在一片 SoC 中，用于控制其它器件。