嵌入式零功耗系統(tǒng)設(shè)計研究
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(1)斷續(xù)運行系統(tǒng)最小時空占空比的任務(wù)安排
對于可斷續(xù)運行的系統(tǒng)，無論任務(wù)集中還是分散，都要努力尋求有效操作最小量的時空占空比。例如，熱流量計中確定了采集、處理、存儲、送顯示4個任務(wù)時間TOP后，任務(wù)的循環(huán)周期Ttot將決定宏觀時域占空比的大小，即Tdc=TOP/Ttot。Ttot受溫度變化率及測量精度的限制。在確知熱水溫度變化率和溫度采集精度要求下，使Ttot最大來獲得最小的有效操作時域占空比。
(2)連續(xù)運行系統(tǒng)的非連續(xù)化
將連續(xù)運行系統(tǒng)中的某些連續(xù)運行任務(wù)分離出來，實行非連續(xù)化，這樣可以把連續(xù)系統(tǒng)的主體任務(wù)實現(xiàn)有效操作的占空比。例如，熱流量計實際上是一個連續(xù)運行系統(tǒng)，因為它要不停頓地采集流量傳感器的流量脈沖QP。如果把流量脈沖采用極微功耗，獨立的計數(shù)器不停地計數(shù)，熱流量計只在數(shù)據(jù)采集任務(wù)中順便讀取計數(shù)器的計數(shù)值即可實現(xiàn)熱流量計主體的最小量時域占空比。
(3)系統(tǒng)中各項操作任務(wù)相關(guān)區(qū)域的最小化與獨立化
為保證系統(tǒng)能獲取最小有效操作的宏觀區(qū)域占空比，并據(jù)此實現(xiàn)區(qū)域的功耗管理，必須將每個操作任務(wù)限定在一個獨立的最小區(qū)域內(nèi)，使不同操作任務(wù)的電路相對獨立。例如，時鐘、信號通道可單獨關(guān)閉；采用電源管理的區(qū)域設(shè)置單獨的電源總線開關(guān)或采用I/O驅(qū)動供電等。
3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計中的功耗管理電路設(shè)計
(1)滿足宏觀時空占空比功耗管理的獨立電路設(shè)計。當(dāng)按照最大限度宏觀時空占空比來管理電路時，必須將這些電路設(shè)計成能獨立實現(xiàn)靜態(tài)化或?qū)崟r關(guān)閉的電路單元和相應(yīng)的管控電路。
(2)選擇滿足零功耗管理的外圍器件。選擇能自動實現(xiàn)零功耗管理的器件或可功耗管理的外圍器件。
(3)最小值守電路設(shè)計。設(shè)計微功耗、高可靠性的開機值守、喚醒值守或運行值守電路。
(4)用電管理電路設(shè)計。在許多情況下，對于分時多區(qū)操作的獨立電路單元，采用分布式帶關(guān)斷功能的供電電路來實現(xiàn)功耗管理是十分有效的。例如，熱流量計在采集完溫度傳感器的輸出后立即將傳感器電源關(guān)閉。
3.3 功耗管理的應(yīng)用軟件設(shè)計
零功耗系統(tǒng)完全是在CPU的控制下完成功耗管理的，因此，它是依據(jù)總體設(shè)計要求，在系統(tǒng)硬件支持下，通過功耗管理的應(yīng)用軟件實現(xiàn)的。應(yīng)用軟件要遵循系統(tǒng)有效操作的時空占空比來及時關(guān)閉或喚醒相應(yīng)的電路單元。
(1)MCU、處理器、SOC本身的零功耗管理。它包括內(nèi)核的零功耗管理和核外功能單元的零功耗管理。
(2) 外圍器件的零功耗管理。它包括外圍器件的功耗管理或電源供電管理。
4 零功耗系統(tǒng)與最小功耗系統(tǒng)設(shè)計
零功耗系統(tǒng)是基于功耗管理的低功耗系統(tǒng)，但只有零功耗系統(tǒng)設(shè)計并不能實現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗。因為在實際系統(tǒng)中，有效操作時系統(tǒng)的功耗過大以及非有效操作時系統(tǒng)的功耗遠(yuǎn)不為零，都會影響實際系統(tǒng)的最小功耗水平；而降低系統(tǒng)有效操作和非有效操作時空中的功耗水平，屬于傳統(tǒng)的低功耗設(shè)計技術(shù)。它是根據(jù)電路功耗特性參數(shù)來實現(xiàn)滿足低功耗設(shè)計要求，在很多情況下并沒有功耗管理的參與。例如，根據(jù)CMOS電路動態(tài)功耗特性，其動態(tài)功耗與供電電壓、變換頻率、負(fù)載電容等參數(shù)有關(guān)。降低系統(tǒng)供電電壓，降低時鐘頻率，減少硬件電路設(shè)計制作時的分布電容等，這樣可以減少有效操作電路中的功耗水平；減少CMOS電路的靜態(tài)泄漏電流的措施，則可降低非有效操作時空電路上的功耗。只有充分實施了傳統(tǒng)的低功耗設(shè)計和零功耗設(shè)計，才能獲得系統(tǒng)的最小功耗。
結(jié)束語
(1)零功耗系統(tǒng)是一種工程概念。在這種系統(tǒng)中沒有功耗浪費，所必需的系統(tǒng)功耗為傳統(tǒng)電路功耗的高諧小量。
(2)零功耗系統(tǒng)設(shè)計是基于CMOS數(shù)字電路靜、動態(tài)功耗特性的最大靜態(tài)化的功耗管理設(shè)計。
(3)在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，按系統(tǒng)有效操作的時空占空比，實現(xiàn)按需供給的功耗管理能最有效地、大幅度地降低系統(tǒng)功耗。
(4)對系統(tǒng)實現(xiàn)低功耗設(shè)計與零功耗設(shè)計可實現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗--微功耗。
(5)系統(tǒng)的微功耗以及便攜化，使系統(tǒng)供電變得十分靈活與多樣化，從而使傳統(tǒng)的系統(tǒng)電源設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供電設(shè)計。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/151233.htm linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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