基于ARM的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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4 軟件的低功耗設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
4．1 動(dòng)態(tài)設(shè)置時(shí)鐘頻率
對(duì)于已經(jīng)搭建好的硬件系統(tǒng)來說，系統(tǒng)已經(jīng)定型，從硬件設(shè)計(jì)上已不能做更多的考慮，這時(shí)我們只能從軟件入手來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)。而對(duì)于軟件的低功耗設(shè)計(jì)最切實(shí)可行的就是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源管理，所謂動(dòng)態(tài)的電源管理就是在系統(tǒng)運(yùn)行期間通過對(duì)系統(tǒng)的時(shí)鐘或電壓的動(dòng)態(tài)控制來達(dá)到節(jié)省功率的目的，這種動(dòng)態(tài)控制是與系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)的。
在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)上動(dòng)態(tài)地通過設(shè)置時(shí)鐘頻率來降低系統(tǒng)的功耗，換句話說就是為系統(tǒng)選取合適的工作模式。系統(tǒng)采用的微處理器是ARM處理器PX270，PXA270處理器的內(nèi)部的各種頻率都是通過外部晶振頻率經(jīng)內(nèi)部鎖相環(huán)(PLL)倍頻后產(chǎn)生的，可通過內(nèi)部的寄存器設(shè)置各種工作頻率來控制功耗。PXA270處理器共有四種工作模式：正常模式、空閑模式、休眠模式、待命模式，各種模式的功耗如表1所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/149113.htm
由表1可見，PXA270在全速運(yùn)行的時(shí)候比在空閑或者休眠的時(shí)候消耗的功率大得多。省電的原則就是讓正常運(yùn)行模式遠(yuǎn)比空閑、休眠模式少占用時(shí)間。在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)在全速運(yùn)行的時(shí)候遠(yuǎn)比空閑的時(shí)候少，所以設(shè)計(jì)上可通過設(shè)置使PXA270盡可能工作在空閑狀態(tài)，然后通過相應(yīng)的中斷喚醒PXA270恢復(fù)到正常工作模式，處理響應(yīng)的事件，然后再進(jìn)入空閑模式。這樣的軟件設(shè)計(jì)方式可盡可能地降低系統(tǒng)的功耗。
4．2 動(dòng)態(tài)控制外設(shè)控制寄存器
PXA270處理器提供的接口控制器很多，如ADC、I2C、I2S、LCD、Flash、Timer、UART、SPI、USB等，實(shí)際應(yīng)用中只使用了部分功能，ADC、I2C、I2S和SPI都沒有用到，為節(jié)省系統(tǒng)功耗，需動(dòng)態(tài)地關(guān)注這些接口控制器的狀態(tài)，及時(shí)關(guān)閉不需要的外設(shè)控制器，因?yàn)槿舨粚⒉挥玫慕涌诳刂破麝P(guān)閉，即使它們沒有處于工作狀態(tài)，仍然會(huì)消耗電流。軟件通過CLKCON寄存器的設(shè)置，關(guān)閉不需要的功能模塊，經(jīng)測量可節(jié)省2mA的電流。另外，動(dòng)態(tài)關(guān)閉一些仍然需要的外設(shè)控制器來進(jìn)一步節(jié)省能量。
如在空閑模式下，PXA270內(nèi)核停止運(yùn)行，我們還可以進(jìn)一步關(guān)閉一些其他的外設(shè)控制器，如USB、SDI、FLASH等，只要保證喚醒PXA270的
I／O控制器正常工作即可，如通過UART喚醒，則UART控制器不能被關(guān)閉。等到PXA270被喚醒后，再將USB、SDI、Flash等控制器打開。
上述的軟件低功耗設(shè)計(jì)的兩種方式，一種是通過改變了系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率，另一種是通過控制外設(shè)控制器的開關(guān)來達(dá)到節(jié)約能量的目的。除此之外，同時(shí)可通過動(dòng)態(tài)改變處理器的電壓和頻率來進(jìn)一步節(jié)省功率，我們選擇的PXA270微處理器就加入了Intel Speed Step動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)，在保證CPU性能的情況下，最大限度地降低嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功耗。
5 結(jié)束語
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)，本身就是理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)和的問題，要降低功耗，系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都不容忽視，這也是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程。本文的設(shè)計(jì)中綜合考慮各種可能的因素、條件和狀態(tài)，對(duì)各種細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真的斟酌和分析，取得了較為滿意的效果，達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的目的。該設(shè)計(jì)已在產(chǎn)品應(yīng)用，性能穩(wěn)定，功耗較低。
評(píng)論