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嵌入式系统电源管理实现对比

发布时间:2011-04-24 来源:中国自动化网 类型:专业论文 人浏览
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关键字:

嵌入式系统 电源管理

导读:

据ARM估计,32位的Cortex-M3处理器内核以0.19mW/MHz(0.18微米)极低的功耗在特殊应用中占据优势。32位Cortex-M3设备执行任务的速度比8位设备快许多倍,所以活动模式中所用的时间更短,平均功率相应降低。其功耗如表2...

  据ARM估计,32位的Cortex-M3处理器内核以0.19mW/MHz(0.18微米)极低的功耗在特殊应用中占据优势。32位Cortex-M3设备执行任务的速度比8位设备快许多倍,所以活动模式中所用的时间更短,平均功率相应降低。其功耗如表2所示。表2 Cortex-M3能量消耗

  高端ARM处理器还支持功能更强大的电源管理功能,通过电压调节与频率调节相结合,极大地降低功耗,提高能量效率。动态电压调节(DVS)是通过对系统的负载预测,在一个开环电压控制系统中用多组能耗级别的频率、电压对来实现。自适应电压调节(AVS)用一个闭环电压控制系统来实现,它无需配对的频率、电压,能提供更优的节能效果。

  例如以TI的 OMAP1610(ARM926E核)处理器为例,内部可以调节参数包括:CPU电压,DPLL频率控制,CPU频率控制,交通控制器(TC),外部设备控制器,DSP运行频率,DSP MMU频率,LCD刷新频率。通过定义操作点(Operation Points,OP)数据结构来抽象表示频率、电压等能耗级别,如表3所示。表3 OMAP1610操作点参数

  其中,192MHz-1.5V操作点参数1500表示OMAP3.2核心电压1500mV;16表示DPLL频率控制12MHz晶振输入倍频16倍;1表示分频为1;1表示OMAP3.2核心分频为1(所以它运行在192MHz);2表示TC(交通控制器)分频为2(所以它运行在96MHz);如果使用TI的DSP代码,则后四个参数为不可控,均使用默认值

  更先进电源管理功能的嵌入式微处理器还有90nm工艺的Marvel PAX300系列,提供更细颗粒的电源管理技术(称为MSPM),API和驱动程序;飞思卡尔iMX31支持DVFS(动态的电压和频率调节)和DPTC(动态的处理器温度补偿)等技术,它配合飞思卡尔MC13783和MC34704 IC管理器件,Linux驱动和策略管理代码,用户可以方便地构建一个具备优秀电源管理能力的嵌入式系统

  ARM 与国家半导体(NS)开发出了先进的能量管理解决方案,智能能量管理器(IEM)预测软件决定了处理器可以运行的最低性能级别,同时,通过智能能量控制器(IEC)的帮助、通过自适应功率控制器(APC)与外部能量管理单元(EMU)一起工作,使处理器运行在能保证应用软件正确运行的最低电压和频率下。

  典型嵌入式系统能耗组

  典型嵌入式系统,例如移动终端,其能耗主要部件包括嵌入式微处理器(CPU)、内存、LCD及背光,电源转换部件,其他部件还可能包括基带处理器、DSP、外设控制器等。据统计,CPU占20%~25%,LCD以及背光占用了20%,内存占15%,电源转换占5%~10%,其他的组成占用剩余的30%~40%。典型嵌入式系统的能耗组成如图2所示。

  在这些元件中,有些元件性能指标和能耗固定;有些元件可在不同时间工作,并有多种可控的耗能状态。后者的有效使用成为系统节能的关键所在。

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