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嵌入式微處理器對電源管理的支持

作者:admin??更新時間:2019-12-19

  從8位單片機到32位高性能處理器,都在一定程度上支持電源管理功能。例如處理器支持多種電源狀態。系統在運行態(Run)時,設備全部正常工作。在空閑態時,處理器按照特定的模式,進行相應的節能。在掛起狀態下,處理器掛起,主存儲器運行在節能的自刷新模式,只有功耗管理電路、喚醒電路繼續工作。現有的單片機、ARM等32位RISC處理器一般都支持以上模式。

  在傳感器網絡應用中,傳感器節點一般采用低廉的8/16位單片機,其電池壽命至關重要。節點工作時按功率消耗由小到大有睡眠(sleep)、空閑(idle)、接收(receive)及發送(transmit)等四種模式。大多時間內,節點都處于睡眠與空閑模式,只有少量能耗。

  ATMEL采用picoPower技術的AVR微控制器顯著降低了功耗。這些技術包括一個超低功耗晶振、睡眠模式下自動終止和重激活欠壓檢測器、能完全停止對外圍設備電力供應的省電寄存器以及能夠關閉特定管腳輸入的數字輸入中斷寄存器。picoPower技術使工作電流大幅度降低,減少了斷電狀態下不必要的功耗,使電池使用壽命得到了延長。

  ARM以其優秀的低功耗技術在消費類電子等領域得到廣泛應用。ARM實現了不同級別的低功耗管理技術。據ARM估計,32位的Cortex-M3處理器內核以0.19mW/MHz(0.18微米)極低的功耗在特殊應用中占據優勢。32位Cortex-M3設備執行任務的速度比8位設備快許多倍,所以活動模式中所用的時間更短,平均功率相應降低。

  高端ARM處理器還支持功能更強大的電源管理功能,通過電壓調節與頻率調節相結合,極大地降低功耗,提高能量效率。動態電壓調節(DVS)是通過對系統的負載預測,在一個開環電壓控制系統中用多組能耗級別的頻率、電壓對來實現。自適應電壓調節(AVS)用一個閉環電壓控制系統來實現,它無需配對的頻率、電壓,能提供更優的節能效果。

  例如以TI的 OMAP1610(ARM926E核)處理器為例,內部可以調節參數包括:CPU電壓,DPLL頻率控制,CPU頻率控制,交通控制器(TC),外部設備控制器,DSP運行頻率,DSP MMU頻率,LCD刷新頻率。通過定義操作點(OperaTIon Points,OP)數據結構來抽象表示頻率、電壓等能耗級別。

  其中,192MHz-1.5V操作點參數1500表示OMAP3.2核心電壓1500mV;16表示DPLL頻率控制12MHz晶振輸入倍頻16倍;1表示分頻為1;1表示OMAP3.2核心分頻為1(所以它運行在192MHz);2表示TC(交通控制器)分頻為2(所以它運行在96MHz);如果使用TI的DSP代碼,則后四個參數為不可控,均使用默認值。

  更先進電源管理功能的嵌入式微處理器還有90nm工藝的Marvel PAX300系列,提供更細顆粒的電源管理技術(稱為MSPM),API和驅動程序;飛思卡爾iMX31支持DVFS(動態的電壓和頻率調節)和DPTC(動態的處理器溫度補償)等技術,它配合飛思卡爾MC13783和MC34704 IC管理器件,Linux驅動和策略管理代碼,用戶可以方便地構建一個具備優秀電源管理能力的嵌入式系統。

  ARM 與國家半導體(NS)開發出了先進的能量管理解決方案,智能能量管理器(IEM)預測軟件決定了處理器可以運行的最低性能級別,同時,通過智能能量控制器(IEC)的幫助、通過自適應功率控制器(APC)與外部能量管理單元(EMU)一起工作,使處理器運行在能保證應用軟件正確運行的最低電壓和頻率下。

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