一種面向多媒體SOC的微狀態(tài)低功耗設(shè)計(jì)方法
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2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
在多媒體SOC中，為了保證服務(wù)質(zhì)量，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)必須是面向最高負(fù)載情況。然而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，視頻解碼器、中央處理器以及一些外設(shè)經(jīng)常處于不活動(dòng)或者低負(fù)載狀態(tài)，這無(wú)疑白白消耗了一些能量。為解決該問(wèn)題，EDA公司對(duì)Multi-Vt以及Muhi-Vdd等低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)提供更有力的支持，IP供應(yīng)商對(duì)同一IP核也提供了豐富配置以滿足不同應(yīng)用需求，同時(shí)Foundry也提供了更豐富的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)以及工藝。在進(jìn)行低功耗多媒體SOC設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者所要做的就是充分利用這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，盡可能地去開(kāi)發(fā)可利用的低功耗設(shè)計(jì)空間。
圖3給出了一個(gè)多媒體SOC目標(biāo)系統(tǒng)的基本架構(gòu)圖，該系統(tǒng)和當(dāng)前多媒體SOC系統(tǒng)最大的差異在于增加了一個(gè)功率控制模塊(PCM)。該模塊的實(shí)現(xiàn)方式可以靈活多樣，對(duì)于某些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的功能塊(如負(fù)載預(yù)測(cè))，可以采用硬件加速的方式實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的功能塊，則可以利用中央處理器的軟件資源來(lái)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，先將構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)IP核按其配置和對(duì)應(yīng)的性能，同時(shí)結(jié)合多媒體SOC的應(yīng)用需求，組合成一系列的微狀態(tài)，然后將這些狀態(tài)構(gòu)成一個(gè)查找表，存儲(chǔ)于功率控制模塊。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，控制模塊會(huì)根據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況，實(shí)時(shí)調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)配置寄存器的方式，讓系統(tǒng)在各個(gè)不同微狀態(tài)之間切換，從而盡量使負(fù)載能均勻分布于整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，達(dá)到降低功耗的目的。在功率控制模塊的核心算法中，本文采用了反饋控制和負(fù)載預(yù)測(cè)相結(jié)合的方式，以此來(lái)彌補(bǔ)彼此的不足之處。對(duì)于負(fù)載預(yù)測(cè)而言，預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到多媒體的服務(wù)質(zhì)量。研究表明，多媒體視頻幀長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)特征表現(xiàn)出了很強(qiáng)的長(zhǎng)相關(guān)性(longterm dependency，IRD)，而多媒體SOC的系統(tǒng)負(fù)載又和幀長(zhǎng)有著直接關(guān)系，所以在功率控制模塊中，采用F-ARIMA模型來(lái)進(jìn)行負(fù)載預(yù)測(cè)。該模型是一種典型的自相似模型，能很好地反映時(shí)間序列的LRD特性，從而能比較準(zhǔn)確地進(jìn)行多媒體視頻應(yīng)用的負(fù)載預(yù)測(cè)。而對(duì)于反饋控制機(jī)制，本文采用了跟視頻服務(wù)質(zhì)量密切相關(guān)的最后期限缺失率(DMR)作為反饋標(biāo)準(zhǔn)。具體方法是：首先系統(tǒng)運(yùn)行于缺省狀態(tài)，通常是性能相應(yīng)功耗都最高的狀態(tài)。然后系統(tǒng)根據(jù)性能檢測(cè)模塊，并從預(yù)測(cè)模型庫(kù)中選擇預(yù)測(cè)模型對(duì)負(fù)載進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整當(dāng)前系統(tǒng)的微狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)性能檢測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到DMR高于某一預(yù)先設(shè)定的門限，則系統(tǒng)反饋控制模塊負(fù)責(zé)調(diào)整預(yù)測(cè)模型的參數(shù)或者徹底更新預(yù)測(cè)模型，直至DMR值低于預(yù)先設(shè)定的門限值。
3 結(jié)論
本文針對(duì)移動(dòng)多媒體SOC設(shè)計(jì)中的功耗問(wèn)題，提出了一種系統(tǒng)級(jí)低功耗設(shè)計(jì)方法。該方法的核心是利用各種IP所提供的配置空間，將多媒體SOC系統(tǒng)細(xì)分為不同的微狀態(tài)。同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)的DVS以及DPM思想，利用反饋控制和負(fù)載預(yù)測(cè)相結(jié)合的方式，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的微狀態(tài)，從而在保證多媒體服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，讓系統(tǒng)負(fù)載盡可能均勻分布于整個(gè)運(yùn)行期間，達(dá)到降低功耗的目的。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的仿真和評(píng)估，該算法相對(duì)傳統(tǒng)方法而言，進(jìn)一步有效地降低了系統(tǒng)功耗，平均約能降低40%左右。同時(shí)，由于該方法采用了與服務(wù)質(zhì)量直接相關(guān)的DMR作為反饋控制信號(hào)，故在降低功耗的同時(shí)，能保證多媒體視頻DMR在9%以下，均值在5%以下。 光電開(kāi)關(guān)相關(guān)文章:光電開(kāi)關(guān)原理
評(píng)論