嵌入式媒体引擎的实用电源管理

1、嵌入式媒体引擎的实用电源管理目前，可用的技术无数，人们也在乐观讨论许多新技术。圆满的是最有效的技术经常与操作系统及应用框架发生矛盾。新技术往往相当复杂，并针对特定的特地应用举行优化，在多用途计算平台上的适用性也不时受限制。本文首先总结了一般的节电技术，然后介绍一些效果更好 (higher-payoff) 的技术(cpu 时钟闲置以及与频率缩放)，并将介绍这些支持技术如何集成为辅助电源管理器模块，从而成为数字信号处理器 () 的实时操作系统。在此提供了一个音频应用实例，解释如何利用该架构大幅提高功效。本文是特地介绍低功率设计的上下两部分系列文章中的第一篇。其次篇文章将集中研究外设及 i/o 电源

2、管理技术，将节电扩展到 cpu 内核范畴之外。节电技术的总功耗是活动功耗与静态功耗之和。电路工作或从一种规律状态转换到另一种规律状态时会产生活动功耗；电路未发生转换时会发生静态功耗，主要是因为晶体管漏造成的。活动功耗近似值的计算方程式如下：pactive cpd x f x vcc2 x nsw这里的 cpd 为动态，f 为开关频率，vcc 为电源电压，而 nsw 为转换的比特数。从上述方程式中看到，最容易的节省活动功耗的办法就是停止电路计时，即设 f为零，让 pactive 为零。许多 cpu 都有“闲置”或“停止”命令以实现此目的，在 cpu 等待中断时通过门控使内部 cpu 时钟关闭。此

3、外，一些处理器还包括分立控件，可通过门控关闭非 cpu 时钟域，如高速缓存、dma、外设、时钟脉冲发生器等。回过头再来看上面的方程式，假如应用在降低 cpu 时钟速率时仍可满足处理要求，则就能相应成比例地节省活动功耗。假如 cpu 频率可平安降低，而且该频率与 cpu 可用的较低工作电压兼容，那么因为 vcc 的二次关系，通过降低电压就可能额外大大降低功耗。不过，降低 cpu 时钟速率也会成比例延伸执行任务的时光，这就要求仔细分析应用，看看其能否仍能满足实时要求。为 os 添加电源管理支持时钟闲置以及动态频率与电压的缩放对总体应用和操作系统本身都会产生巨大影响，这经常是实现上述技术的一个障碍，

4、例如，假如 cpu 频率的缩放是动态的，就可能影响 os时光基，而且会导致时钟与 cpu 时钟相关联的外设驱动程序的故障。同样，假如某项任务在等待 i/o 完成时随意使 cpu 闲置，那就很简单导致应用死锁。因此，为了乐观采纳上述技术，os 功耗必需低 (power aware)，某些操作责任(如 cpu 时钟闲置)必需由 os 来担当。(ti)的 dsp/bios操作系统增强了电源管理器模块(pwrm)作为辅助模块，1所示。电源管理器与 os 内核联系松散，位于该内核的旁边；它不是作为系统中的另一项任务，而是作为一组 api 存在，在应用控制线程与器件驱动器环境下执行。图1 电源管理器分区通

5、过上述 api，电源管理器可支持电压及频率 (v/f) 缩放、仅频率缩放、时钟域闲置、os 闲置时光内配置时钟的自动闲置，而最重要的则是囫囵应用中的用电大事之间得处理协调(如应用代码、驱动程序以及 os 本身)，从而通知注册的客户端 (client) 特定用电大事何时发生。用电大事的实例为：将要缩放频率，缩放频率完成，进入深度睡眠状态，从深度睡眠状态清醒，电力不足等。电源管理活动是触发式应用；更改 dsp 操作模式或功能的主要打算由应用做出，并通过调用电源管理器提供协助。通过写入时钟闲置配置寄存器，以及控制着 cpu 时钟速率与稳压电路的平台专用功耗调节程序库 (psl)，pwrm 挺直与 d

6、sp 硬件相连。psl 将 pwrm 及应用的其它部分与频率及电压控制硬件的低电平 (low-level) 实施详情相隔离，确保在所支持的电压与频率组合(设定点)间实现平安过渡。音频实例以容易的音频应用作测试工具 (vehicle)并作为测试电源管理器特性效率的基准。该应用经过修改可测量激活不同节电特性时的效果。电流感测器主板电源以及 dsp 内核电源串联，并用伏特计测量电阻器上的压降以确定主板及 dsp 内核的电流。结 语实行分阶段的办法来实施电源管理可大大降低功耗。不必等目前正在举行的新技术讨论取得成绩；在某些状况下，将基本而有用的一些关键支持技术结合到操作系统或应用框架中就可实现 cpu 节电达 95% 以上。电源管理支持的设计方式可做到：便利易用