嵌入式系統(tǒng)中外圍器件的能耗估算方法

外圍器件的能耗估算

下面以一個(gè)在仿真器中實(shí)現(xiàn)的外圍系統(tǒng)為例，說(shuō)明如何估算能耗分布的情況，該仿真器由一個(gè)作為I/O控制器的協(xié)處理器和一個(gè)作為音頻模塊的ADC轉(zhuǎn)換器組成，它們結(jié)合在一起來(lái)驅(qū)動(dòng)如麥克風(fēng)或揚(yáng)聲器這樣的音頻器件。這些外圍器件是便攜式MP3撥放器這樣的嵌入式系統(tǒng)中的典型配置。

1. I/O 控制器

I/O 控制器接收來(lái)自處理器的數(shù)據(jù)并把它轉(zhuǎn)換為外圍器件硬件所需的格式。在某些系統(tǒng)中，協(xié)處理器的作用是I/O控制器，在其它情況中用現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列(FPGA) 或 ASIC，甚至在一些情況下用主處理器擔(dān)任I/O控制器的功能。I/O控制器可與DMA直接通訊，以減少內(nèi)聯(lián)開(kāi)關(guān)行為，并把主處理器釋放出來(lái)處理其它任務(wù)。I/O控制器的高級(jí)模型如圖3所示。

在模型中，協(xié)處理器隊(duì)列可與處理器、內(nèi)存和位于隊(duì)列與音頻/視頻器件間的通訊信道進(jìn)行通訊。當(dāng)內(nèi)存訪問(wèn)完成，協(xié)處理器將產(chǎn)生一個(gè)中斷來(lái)激活處理器。如果操作正在記錄到內(nèi)存上，DMA控制等待直到FIFO被填充到一個(gè)用戶(hù)定義的門(mén)限值，然后使用突發(fā)存取模式將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器。當(dāng)系統(tǒng)正利用DMA從存儲(chǔ)器播放音頻/視頻數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)器把一串?dāng)?shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO。通過(guò)突發(fā)存取模式可以減少總線操作時(shí)間，也減少了地址總線上的能耗。

I/O控制器能耗模型由制造商所給的數(shù)據(jù)表所產(chǎn)生。協(xié)處理器的有兩種電源模式：激活和空閑模式。采用數(shù)據(jù)表中的電源電壓和電流信息，由等式2可求得每個(gè)模式的等效電容值：

在激活模式中，通過(guò)這個(gè)電容可由等式3計(jì)算每個(gè)周期的能耗：

當(dāng)不訪問(wèn)外圍器件時(shí)，協(xié)處理器處于空閑模式。此時(shí)，可由等式4計(jì)算出每個(gè)協(xié)處理器周期的協(xié)處理器能耗：

Ncoproc是總線頻率與協(xié)處理器頻率的比率。