嵌入式系统电源管理实现对比

2011年07月28日

引言：

　　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。

　　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。