嵌入式系統(tǒng)電源管理實(shí)現(xiàn)對比
高端ARM處理器還支持功能更強(qiáng)大的電源管理功能,通過電壓調(diào)節(jié)與頻率調(diào)節(jié)相結(jié)合,極大地降低功耗,提高能量效率。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)是通過對系統(tǒng)的負(fù)載預(yù)測,在一個(gè)開環(huán)電壓控制系統(tǒng)中用多組能耗級別的頻率、電壓對來實(shí)現(xiàn)。自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)用一個(gè)閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),它無需配對的頻率、電壓,能提供更優(yōu)的節(jié)能效果。
例如以TI的 OMAP1610(ARM926E核)處理器為例,內(nèi)部可以調(diào)節(jié)參數(shù)包括:CPU電壓,DPLL頻率控制,CPU頻率控制,交通控制器(TC),外部設(shè)備控制器,DSP運(yùn)行頻率,DSP MMU頻率,LCD刷新頻率。通過定義操作點(diǎn)(Operation Points,OP)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來抽象表示頻率、電壓等能耗級別,如表3所示。表3 OMAP1610操作點(diǎn)參數(shù)
參數(shù)操作點(diǎn) | CPU電壓 (mV) | DPLL頻率 乘法器 | DPLL頻率 分頻器 | CPU頻率 控制 | TC 控制器 |
192MHz~1.5V | 1500 | 16 | 1 | 1 | 2 |
168MHz~1.5V | 1500 | 14 | 1 | 1 | 2 |
84MHz~1.5V | 1500 | 14 | 1 | 2 | 2 |
84MHz~1.5V | 1100 | 14 | 1 | 2 | 2 |
60MHz~1.5V | 1500 | 5 | 1 | 1 | 1 |
60MHz~1.5V | 1100 | 5 | 1 | 1 | 1 |
其中,192MHz-1.5V操作點(diǎn)參數(shù)1500表示OMAP3.2核心電壓1500mV;16表示DPLL頻率控制12MHz晶振輸入倍頻16倍;1表示分頻為1;1表示OMAP3.2核心分頻為1(所以它運(yùn)行在192MHz);2表示TC(交通控制器)分頻為2(所以它運(yùn)行在96MHz);如果使用TI的DSP代碼,則后四個(gè)參數(shù)為不可控,均使用默認(rèn)值。
更先進(jìn)電源管理功能的嵌入式微處理器還有90nm工藝的Marvel PAX300系列,提供更細(xì)顆粒的電源管理技術(shù)(稱為MSPM),API和驅(qū)動程序;飛思卡爾iMX31支持DVFS(動態(tài)的電壓和頻率調(diào)節(jié))和DPTC(動態(tài)的處理器溫度補(bǔ)償)等技術(shù),它配合飛思卡爾MC13783和MC34704 IC管理器件,Linux驅(qū)動和策略管理代碼,用戶可以方便地構(gòu)建一個(gè)具備優(yōu)秀電源管理能力的嵌入式系統(tǒng)。
ARM 與國家半導(dǎo)體(NS)開發(fā)出了先進(jìn)的能量管理解決方案,智能能量管理器(IEM)預(yù)測軟件決定了處理器可以運(yùn)行的最低性能級別,同時(shí),通過智能能量控制器(IEC)的幫助、通過自適應(yīng)功率控制器(APC)與外部能量管理單元(EMU)一起工作,使處理器運(yùn)行在能保證應(yīng)用軟件正確運(yùn)行的最低電壓和頻率下。
典型嵌入式系統(tǒng)能耗組成
典型嵌入式系統(tǒng),例如移動終端,其能耗主要部件包括嵌入式微處理器(CPU)、內(nèi)存、LCD及背光,電源轉(zhuǎn)換部件,其他部件還可能包括基帶處理器、DSP、外設(shè)控制器等。據(jù)統(tǒng)計(jì),CPU占20%~25%,LCD以及背光占用了20%,內(nèi)存占15%,電源轉(zhuǎn)換占5%~10%,其他的組成占用剩余的30%~40%。典型嵌入式系統(tǒng)的能耗組成如圖2所示。
在這些元件中,有些元件性能指標(biāo)和能耗固定;有些元件可在不同時(shí)間工作,并有多種可控的耗能狀態(tài)。后者的有效使用成為系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵所在。
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