嵌入式零功耗系統(tǒng)設(shè)計研究
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2.1 CMOS工藝的電路基礎(chǔ)
數(shù)字電路從TTL工藝轉(zhuǎn)向CMOS工藝，對電路功耗特性產(chǎn)生最大影響的是靜動態(tài)(靜態(tài)是0、1的恒定狀態(tài)，動態(tài)是0、1的跳變狀態(tài))功耗特性的根本差異。正是這一差異誕生了電路系統(tǒng)功耗管理的概念與技術(shù)。圖3是TTL電路和CMOS電路靜動態(tài)功耗特性。圖3(a)為TTL功耗特性，圖3(b)為CMOS電路功耗特性。TTL電路為電流注入型電路，靜動態(tài)電流相近；而CMOS電路為壓控型電路，只在動態(tài)下才消耗電流，靜態(tài)電流為泄漏電流，理想情況下靜態(tài)電流為零。根據(jù)數(shù)字電路的有效操作態(tài)只表現(xiàn)為電路的動態(tài)情況，那么，只有CMOS電路才能提供按有效操作時空占空比實施功耗管理，而且指出了CMOS電路功耗管理的基本原則就是系統(tǒng)的最大靜態(tài)化設(shè)計。對于功耗管理無法企及的微觀時空占空比，CMOS電路靜、動態(tài)特性能自動保證非有效操作時的極微功耗(電路泄漏形成的功耗)狀態(tài)。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/151233.htm
2.2 嵌入式系統(tǒng)的實時功耗管理能力
嵌入式系統(tǒng)實時功耗管理能力，表現(xiàn)在能保證按照系統(tǒng)有效操作時空占空比來實現(xiàn)系統(tǒng)時空的最大靜態(tài)化運(yùn)行。其中核心的技術(shù)是系統(tǒng)中時鐘與信號流的控制與調(diào)度。在系統(tǒng)無效操作的時間和區(qū)域上，終止時鐘運(yùn)行或進(jìn)入，禁止開關(guān)、脈沖信號進(jìn)入。
2.3 外圍器件功耗管理功能的保證
零功耗系統(tǒng)中所有的器件，包括處理器及外圍器件，都必須具備功耗管理功能。目前，CMOS的各類微處理器都具備有十分完善的低功耗模式。CMOS外圍器件中，有一部分具有自動的零功耗管理，不必微處理器的介入；許多CMOS外圍器件都具有外部引腳控制或編程控制的功耗管理功能。
2.4 電源管理的輔助技術(shù)
由于CMOS電路的靜動態(tài)功耗特性，CMOS電路的功耗管理遵循供電狀態(tài)下的最大靜態(tài)化原則。無論系統(tǒng)中的主器件還是外圍器件的功耗管理都與指令控制相匹配，不必顧慮功耗轉(zhuǎn)換的過渡過程。但當(dāng)系統(tǒng)中不可避免地出現(xiàn)一些非CMOS功耗特性電路(如傳感器供電電路)或一些模擬電路時，這些電路的功耗管理則須依靠電源供電管理方式。即這些電路退出有效操作時，關(guān)閉電源；待進(jìn)入有效操作前開啟供電線路。由于電路的時間常數(shù)，這些電路電源達(dá)到額定工作值或者進(jìn)而啟動時鐘工作時，會有一個過渡期，不能即開即用，會給應(yīng)用管理程序設(shè)計帶來問題。
當(dāng)前，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)已走向全面CMOS化，嵌入式處理器中提供了由指令管理的多種低功耗模式，外圍器件設(shè)置有許多低功耗控制功能，加上具有可局部關(guān)斷功能的分布式供電體系以及電源總線開關(guān)等，為零功耗系統(tǒng)設(shè)計提供了十分現(xiàn)實的基礎(chǔ)。
3 零功耗系統(tǒng)設(shè)計基本內(nèi)容
按照最大靜態(tài)化設(shè)計的基本原則，零功耗系統(tǒng)設(shè)計必須有最小量有效操作時空占空比的任務(wù)規(guī)劃，設(shè)計出相應(yīng)的硬件支持電路，并實現(xiàn)按有效操作時空占空比的功耗管理軟件支持。因此，零功耗系統(tǒng)設(shè)計貫穿了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的全過程。
3.1 最小量有效操作時空占空比的任務(wù)規(guī)劃
理論上講，每個嵌入式系統(tǒng)都具有高諧小量的有效操作時空占空比；但若不認(rèn)真將有效操作與無謂等待精細(xì)區(qū)分，而將有效操作與無效操作混在一起，就不可能實現(xiàn)系統(tǒng)的最大靜態(tài)化管理。
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