嵌入式零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

2.2 嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功耗管理能力

嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)功耗管理能力，表現(xiàn)在能保證按照系統(tǒng)有效操作時(shí)空占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)空的最大靜態(tài)化運(yùn)行。其中核心的技術(shù)是系統(tǒng)中時(shí)鐘與信號(hào)流的控制與調(diào)度。在系統(tǒng)無(wú)效操作的時(shí)間和區(qū)域上，終止時(shí)鐘運(yùn)行或進(jìn)入，禁止開(kāi)關(guān)、脈沖信號(hào)進(jìn)入。

2.3 外圍器件功耗管理功能的保證

零功耗系統(tǒng)中所有的器件，包括處理器及外圍器件，都必須具備功耗管理功能。目前，CMOS的各類微處理器都具備有十分完善的低功耗模式。CMOS外圍器件中，有一部分具有自動(dòng)的零功耗管理，不必微處理器的介入；許多CMOS外圍器件都具有外部引腳控制或編程控制的功耗管理功能。

2.4 電源管理的輔助技術(shù)

由于CMOS電路的靜動(dòng)態(tài)功耗特性，CMOS電路的功耗管理遵循供電狀態(tài)下的最大靜態(tài)化原則。無(wú)論系統(tǒng)中的主器件還是外圍器件的功耗管理都與指令控制相匹配，不必顧慮功耗轉(zhuǎn)換的過(guò)渡過(guò)程。但當(dāng)系統(tǒng)中不可避免地出現(xiàn)一些非CMOS功耗特性電路(如傳感器供電電路)或一些模擬電路時(shí)，這些電路的功耗管理則須依靠電源供電管理方式。即這些電路退出有效操作時(shí)，關(guān)閉電源；待進(jìn)入有效操作前開(kāi)啟供電線路。由于電路的時(shí)間常數(shù)，這些電路電源達(dá)到額定工作值或者進(jìn)而啟動(dòng)時(shí)鐘工作時(shí)，會(huì)有一個(gè)過(guò)渡期，不能即開(kāi)即用，會(huì)給應(yīng)用管理程序設(shè)計(jì)帶來(lái)問(wèn)題。

當(dāng)前，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)已走向全面CMOS化，嵌入式處理器中提供了由指令管理的多種低功耗模式，外圍器件設(shè)置有許多低功耗控制功能，加上具有可局部關(guān)斷功能的分布式供電體系以及電源總線開(kāi)關(guān)等，為零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了十分現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容

按照最大靜態(tài)化設(shè)計(jì)的基本原則，零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須有最小量有效操作時(shí)空占空比的任務(wù)規(guī)劃，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件支持電路，并實(shí)現(xiàn)按有效操作時(shí)空占空比的功耗管理軟件支持。因此，零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)貫穿了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程。

3.1 最小量有效操作時(shí)空占空比的任務(wù)規(guī)劃

理論上講，每個(gè)嵌入式系統(tǒng)都具有高諧小量的有效操作時(shí)空占空比；但若不認(rèn)真將有效操作與無(wú)謂等待精細(xì)區(qū)分，而將有效操作與無(wú)效操作混在一起，就不可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大靜態(tài)化管理。