DSP系統(tǒng)電源管理技術(shù)
在便攜式應(yīng)用中,低功耗是產(chǎn)品能否獨樹一幟的關(guān)鍵所在,其決定著產(chǎn)品的尺寸大小與操作時間。舉例來說,如果您在跨越大洋的飛行時選擇便攜式DVD播放器作為消遣,那么電池壽命將會成為您的首選標(biāo)準(zhǔn)之一。在本文中,我們將集中討論許多更為常用的基于軟件的技術(shù)。首先,我們從講解某些可用于嵌入式系統(tǒng)的電源管理技術(shù)開始,并談?wù)勂湓趯崟r應(yīng)用中會遇到的諸多難題。電源效率既由硬件設(shè)計與組件選擇決定,同時也由基于軟件的運行時電源管理技術(shù)決定。本文后半部分將集中展示如何將技術(shù)子集成到用于數(shù)字信號處理器 (DSP)的實時操作系統(tǒng) (RTOS) 中,從而使應(yīng)用開發(fā)人員選擇出可滿足其應(yīng)用要求的專用技術(shù)。我們將以德州儀器公司 (TI) 的 (TI) DSP/BIOS? 操作系統(tǒng)為作為實例,顯示運行時電源管理軟件技術(shù)的實施方法。
運行時電源管理技術(shù)
盡管我們討論的是某些可擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)多線程讀取操作系統(tǒng) (OS) 的特定電源管理技術(shù),但應(yīng)當(dāng)強調(diào)指出的是,采用搶先式 (preemptive) 的多線程讀取OS本身常常能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的電源節(jié)約。不利用OS的實時應(yīng)用常常要求應(yīng)用周期性探詢接口以檢測事件。從電源角度看,這樣的效率是相當(dāng)?shù)偷�。使用OS可使應(yīng)用能夠利用中斷驅(qū)動模式,其中程序就會在需要的時候開始執(zhí)行,以響應(yīng)外部事件。此外,當(dāng)基于OS的應(yīng)用沒有可做的事情時,其就會進(jìn)入空閑線程,這時則可啟動低功率操作模式,以減少功耗。
但是,操作系統(tǒng)除了能簡單地為DSP內(nèi)核啟用空閑模式之外,其還需要提供復(fù)雜得多的電源管理支持。在實踐中,大量功率被周邊設(shè)備所消耗,可能是片上器件,也可能是外部設(shè)備,此外存儲器也會消耗大量功率。任何電源管理方法都應(yīng)當(dāng)具備管理外設(shè)功耗的支持,這是至關(guān)重要的。此外,電壓與功耗之間的平方關(guān)系意味著,更高效的方法是在要求較低電壓的較低時鐘速率上執(zhí)行代碼,而不是先以最高的時鐘速率執(zhí)行而后再轉(zhuǎn)為空閑。我們將概括講解在操作系統(tǒng)中實施電源管理支持的眾多機遇：
系統(tǒng)上電行為：處理器及其片上外設(shè)一般均以最高時鐘速率全面上電啟動。不可避免的是,有些資源的供電啟動還尚不需要,或者根本就不會在應(yīng)用過程中用到。舉例而言,MP3播放器就很少使用其USB端口與PC進(jìn)行通信。在啟動時,操作系統(tǒng)必須為應(yīng)用提供一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機制,從而關(guān)閉不必要的電源消耗器件或使之處于空閑狀態(tài)。
空閑模式：CMOS電路中的有效功耗只有在當(dāng)電路進(jìn)行時鐘計時的情況下才發(fā)生。通過關(guān)閉不需要的時鐘,可以消除不必要的有效功耗。在等待外部事件時,大多數(shù)DSP都融入了暫時終止CPU有效功耗的機制。CPU時鐘的"閑置"通常由"停止"或"閑置"指令觸發(fā),其在應(yīng)用或操作系統(tǒng)閑置時進(jìn)行調(diào)用。一些DSP進(jìn)行多個時鐘域分區(qū),可以使這些域分別處于空閑狀態(tài),以中止未使用模塊中的有效功耗。例如,在 TI 的TMS320C5510 DSP 中,可以有選擇性地使6個時鐘域閑置,其中包括CPU、高速緩存、DMA、外設(shè)時鐘、時鐘生成器,以及外部存儲器接口。
除了支持閑置DSP及其片上外設(shè)之外,操作系統(tǒng)還必須提供用于閑置外部周邊設(shè)備的機制。例如,一些編碼譯碼器具備可以被激活的內(nèi)置低功率模式。我們面臨的一個挑戰(zhàn)是類似看門狗定時器這樣的
