嵌入式零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
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(1)斷續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)最小時(shí)空占空比的任務(wù)安排
對(duì)于可斷續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)，無(wú)論任務(wù)集中還是分散，都要努力尋求有效操作最小量的時(shí)空占空比。例如，熱流量計(jì)中確定了采集、處理、存儲(chǔ)、送顯示4個(gè)任務(wù)時(shí)間TOP后，任務(wù)的循環(huán)周期Ttot將決定宏觀時(shí)域占空比的大小，即Tdc=TOP/Ttot。Ttot受溫度變化率及測(cè)量精度的限制。在確知熱水溫度變化率和溫度采集精度要求下，使Ttot最大來(lái)獲得最小的有效操作時(shí)域占空比。
(2)連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)的非連續(xù)化
將連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)中的某些連續(xù)運(yùn)行任務(wù)分離出來(lái)，實(shí)行非連續(xù)化，這樣可以把連續(xù)系統(tǒng)的主體任務(wù)實(shí)現(xiàn)有效操作的占空比。例如，熱流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)，因?yàn)樗煌ｎD地采集流量傳感器的流量脈沖QP。如果把流量脈沖采用極微功耗，獨(dú)立的計(jì)數(shù)器不停地計(jì)數(shù)，熱流量計(jì)只在數(shù)據(jù)采集任務(wù)中順便讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)熱流量計(jì)主體的最小量時(shí)域占空比。
(3)系統(tǒng)中各項(xiàng)操作任務(wù)相關(guān)區(qū)域的最小化與獨(dú)立化
為保證系統(tǒng)能獲取最小有效操作的宏觀區(qū)域占空比，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)區(qū)域的功耗管理，必須將每個(gè)操作任務(wù)限定在一個(gè)獨(dú)立的最小區(qū)域內(nèi)，使不同操作任務(wù)的電路相對(duì)獨(dú)立。例如，時(shí)鐘、信號(hào)通道可單獨(dú)關(guān)閉；采用電源管理的區(qū)域設(shè)置單獨(dú)的電源總線開關(guān)或采用I/O驅(qū)動(dòng)供電等。
3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的功耗管理電路設(shè)計(jì)
(1)滿足宏觀時(shí)空占空比功耗管理的獨(dú)立電路設(shè)計(jì)。當(dāng)按照最大限度宏觀時(shí)空占空比來(lái)管理電路時(shí)，必須將這些電路設(shè)計(jì)成能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)靜態(tài)化或?qū)崟r(shí)關(guān)閉的電路單元和相應(yīng)的管控電路。
(2)選擇滿足零功耗管理的外圍器件。選擇能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零功耗管理的器件或可功耗管理的外圍器件。
(3)最小值守電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)微功耗、高可靠性的開機(jī)值守、喚醒值守或運(yùn)行值守電路。
(4)用電管理電路設(shè)計(jì)。在許多情況下，對(duì)于分時(shí)多區(qū)操作的獨(dú)立電路單元，采用分布式帶關(guān)斷功能的供電電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功耗管理是十分有效的。例如，熱流量計(jì)在采集完溫度傳感器的輸出后立即將傳感器電源關(guān)閉。
3.3 功耗管理的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
零功耗系統(tǒng)完全是在CPU的控制下完成功耗管理的，因此，它是依據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在系統(tǒng)硬件支持下，通過功耗管理的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用軟件要遵循系統(tǒng)有效操作的時(shí)空占空比來(lái)及時(shí)關(guān)閉或喚醒相應(yīng)的電路單元。
(1)MCU、處理器、SOC本身的零功耗管理。它包括內(nèi)核的零功耗管理和核外功能單元的零功耗管理。
(2) 外圍器件的零功耗管理。它包括外圍器件的功耗管理或電源供電管理。
4 零功耗系統(tǒng)與最小功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)
零功耗系統(tǒng)是基于功耗管理的低功耗系統(tǒng)，但只有零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗。因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)中，有效操作時(shí)系統(tǒng)的功耗過大以及非有效操作時(shí)系統(tǒng)的功耗遠(yuǎn)不為零，都會(huì)影響實(shí)際系統(tǒng)的最小功耗水平；而降低系統(tǒng)有效操作和非有效操作時(shí)空中的功耗水平，屬于傳統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。它是根據(jù)電路功耗特性參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)滿足低功耗設(shè)計(jì)要求，在很多情況下并沒有功耗管理的參與。例如，根據(jù)CMOS電路動(dòng)態(tài)功耗特性，其動(dòng)態(tài)功耗與供電電壓、變換頻率、負(fù)載電容等參數(shù)有關(guān)。降低系統(tǒng)供電電壓，降低時(shí)鐘頻率，減少硬件電路設(shè)計(jì)制作時(shí)的分布電容等，這樣可以減少有效操作電路中的功耗水平；減少CMOS電路的靜態(tài)泄漏電流的措施，則可降低非有效操作時(shí)空電路上的功耗。只有充分實(shí)施了傳統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)和零功耗設(shè)計(jì)，才能獲得系統(tǒng)的最小功耗。
結(jié)束語(yǔ)
(1)零功耗系統(tǒng)是一種工程概念。在這種系統(tǒng)中沒有功耗浪費(fèi)，所必需的系統(tǒng)功耗為傳統(tǒng)電路功耗的高諧小量。
(2)零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于CMOS數(shù)字電路靜、動(dòng)態(tài)功耗特性的最大靜態(tài)化的功耗管理設(shè)計(jì)。
(3)在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，按系統(tǒng)有效操作的時(shí)空占空比，實(shí)現(xiàn)按需供給的功耗管理能最有效地、大幅度地降低系統(tǒng)功耗。
(4)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)與零功耗設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗--微功耗。
(5)系統(tǒng)的微功耗以及便攜化，使系統(tǒng)供電變得十分靈活與多樣化，從而使傳統(tǒng)的系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/151233.htm linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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