動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)優(yōu)化嵌入式應(yīng)用性能與功耗比

　　Blackfin DSP具有四種不同的工作模式（對(duì)應(yīng)于四種不同的功耗分析），提供可選的性能和功耗特性。表1總結(jié)了每種模式的工作特性。

　　全速工作模式

　　全速工作模式是Blackfin處理器的最高性能模式。在這種工作狀態(tài)下，處理器和所有允許的外圍設(shè)備都以全速運(yùn)行。PLL是允許的，所以CCLK以CLKIN的倍頻運(yùn)行。

　　有效工作模式

　　在有效工作模式下，PLL允許，但是被旁路，所以CCLK直接來(lái)自于CLKIN。因?yàn)镃LKIN源自外部振蕩器輸入，不會(huì)超過(guò)33 MHz，所以這種模式可以顯著節(jié)省功耗。此時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘（SCLK）頻率也會(huì)降低，因?yàn)樗肋h(yuǎn)不會(huì)超過(guò)CCLK。在這種模式下PLL被繞開，所以改變PLL的倍頻系數(shù)是很安全的；但是，這種改變要直到DSP回到全速工作模式下才能奏效。在有效工作模式下， PLL不僅可以被旁路——它也可以被禁止，以便進(jìn)一步節(jié)省功耗。

　　休眠模式

　　休眠模式由于禁止CCLK使得DSP內(nèi)核空閑，所以顯著降低了功耗。但是，SCLK仍然是允許的，因此二級(jí)存儲(chǔ)器L2和外圍設(shè)備中仍然可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。為了從休眠模式中退出，Blackfin提供一種DSP內(nèi)核喚醒功能，其工作獨(dú)立于內(nèi)核的事件控制器。

　　深度休眠模式

　　深度休眠模式由于禁止PLL, CCLK和SCLK，所以最大地節(jié)省功耗。在這種模式下，處理器內(nèi)核和所有的外圍設(shè)備都被禁止，除了實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）以外。在深度休眠模式下，DEEP_SLEEP輸出引腳是可用的，以便允許外部功耗模式控制。深度休眠模式只能通過(guò)RTC中斷或者硬件復(fù)位事件才能退出。RTC中斷使得處理器轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Чぷ髂Ｊ?；硬件?fù)位起動(dòng)硬件復(fù)位時(shí)序。

　　3. 獨(dú)立的功耗域

　　Blackfin DSP支持多種功耗域，包括專用的鎖相環(huán)功耗域，可用很小的鈕扣電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），以及用于各種外圍設(shè)備的獨(dú)立域。內(nèi)核處理器也有自己的功耗域。采用多種功耗域提供最大的靈活性，同時(shí)保證與市場(chǎng)上可提供的多種器件之間的直接連通性，例如SDRAM和SRAM存儲(chǔ)器。如圖5所示，獨(dú)立的功耗域允許改變Blackfin DSP的內(nèi)核電壓，無(wú)需中斷與外部器件的連接。這是一個(gè)很重要的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椤缟厦嫣岬降摹幚砥飨牡墓β逝c其工作電壓的平方成正比。

　　4. 采用高效的處理器體系結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于給定應(yīng)用降低功耗的另外一種經(jīng)常被忽視的方法是為該應(yīng)用選擇一種高效的處理器體系結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)特性，例如特殊指令和快速的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，由于減少總的算法執(zhí)行時(shí)間而顯著降低功耗。另外，注重功耗的應(yīng)用使高效的結(jié)構(gòu)化算法極為重要，從而利用固有的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，例如硬件環(huán)路緩沖和指令數(shù)據(jù)高速緩存。重要的是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到復(fù)雜的算法通常會(huì)增加功耗，因?yàn)樗鼈儠?huì)占用較多的資源。如果算法經(jīng)過(guò)優(yōu)化，它就會(huì)執(zhí)行較少的指令。完成算法所有步驟的速度越快，內(nèi)核電壓和頻率就會(huì)降低得越快。

　　在支持可以選擇禁止無(wú)用功能單元（例如片內(nèi)存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備、時(shí)鐘等）的體系結(jié)構(gòu)中，可以進(jìn)一步降低功耗。

　　Blackfin DSP允許動(dòng)態(tài)安排每個(gè)外圍設(shè)備的時(shí)鐘輸入時(shí)序，從而提供附加的功率控制能力。這樣就允許更加精細(xì)地控制功耗。而且，內(nèi)部時(shí)鐘僅僅連接到器件的允許工作部分。例如，在ADSP-21535中，256kB的片內(nèi)二級(jí)存儲(chǔ)器L2由8個(gè)32kB的存儲(chǔ)器組構(gòu)成。這些存儲(chǔ)器組僅當(dāng)它們被訪問(wèn)時(shí)才提供時(shí)鐘，這個(gè)特性可以顯著節(jié)省功耗。

　　5. 分析工具

　　還有另外一種優(yōu)化功耗的方法，Blackfin VisualDSP++工具套件可以分析應(yīng)用程序以便確定一種算法每個(gè)部分的精確處理需求。這種分析工具允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師實(shí)時(shí)地定量分

析任何給定代碼段需要消耗的時(shí)間。如果在電池供電應(yīng)用中采用這種方法，那么其內(nèi)核和系統(tǒng)頻率，以及內(nèi)核電壓，都可以進(jìn)行修改以便達(dá)到完成該任務(wù)所需最小功耗的最佳匹配。

　　6. 智能電壓調(diào)節(jié)

　　從ADSP-21532開始，Blackfin DSP提供內(nèi)置內(nèi)核電壓調(diào)節(jié)。首款Blackfin DSP器件ADSP-21535需要一片外部電源管理芯片才允許動(dòng)態(tài)控制內(nèi)核電壓。ADP3053是一種支持ADSP-21535的電源管理的輔助芯片。該DSP使用3個(gè)引腳來(lái)控制由ADP3053提供的功率水平。ADP3053允許100 mV的內(nèi)核電壓步長(zhǎng)增量，從0.9 V增加到1.5 V。另外，ADP3053還為PLL提供低噪聲電源。

　　結(jié)論

　　使用DSP的設(shè)計(jì)工程師無(wú)須為了性能而犧牲功耗。有很多方法幫助他們來(lái)平衡這些經(jīng)常會(huì)發(fā)生沖突的要求。通過(guò)從戰(zhàn)略上研究電源管理，而非權(quán)宜性的，就可以顯著節(jié)省功耗。Blackfin DSP系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的嵌入式應(yīng)用提供了一種優(yōu)良的平臺(tái)。