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嵌入式零功耗系統設計研究
作者：
時(shí)間：2010-12-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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(1)斷續運行系統最小時(shí)空占空比的任務(wù)安排
對于可斷續運行的系統，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，熱流量計中確定了采集、處理、存儲、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(guān)時(shí)域占空比的大小，即Tdc=TOP/Ttot。Ttot受溫度變化率及測量精度的限制。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)連續運行系統的非連續化
將連續運行系統中的某些連續運行任務(wù)分離出來(lái)，實(shí)行非連續化，這樣可以把連續系統的主體任務(wù)實(shí)現有效操作的占空比。例如，熱流量計實(shí)際上是一個(gè)連續運行系統，因為它要不停頓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，獨立的計數器不停地計數，熱流量計只在數據采集任務(wù)中順便讀取計數器的計數值即可實(shí)現熱流量計主體的最小量時(shí)域占空比。
(3)系統中各項操作任務(wù)相關(guān)區域的最小化與獨立化
為保證系統能獲取最小有效操作的宏觀(guān)區域占空比，并據此實(shí)現區域的功耗管理，必須將每個(gè)操作任務(wù)限定在一個(gè)獨立的最小區域內，使不同操作任務(wù)的電路相對獨立。例如，時(shí)鐘、信號通道可單獨關(guān)閉；采用電源管理的區域設置單獨的電源總線(xiàn)開(kāi)關(guān)或采用I/O驅動(dòng)供電等。
3.2 系統硬件設計中的功耗管理電路設計
(1)滿(mǎn)足宏觀(guān)時(shí)空占空比功耗管理的獨立電路設計。當按照最大限度宏觀(guān)時(shí)空占空比來(lái)管理電路時(shí)，必須將這些電路設計成能獨立實(shí)現靜態(tài)化或實(shí)時(shí)關(guān)閉的電路單元和相應的管控電路。
(2)選擇滿(mǎn)足零功耗管理的外圍器件。選擇能自動(dòng)實(shí)現零功耗管理的器件或可功耗管理的外圍器件。
(3)最小值守電路設計。設計微功耗、高可靠性的開(kāi)機值守、喚醒值守或運行值守電路。
(4)用電管理電路設計。在許多情況下，對于分時(shí)多區操作的獨立電路單元，采用分布式帶關(guān)斷功能的供電電路來(lái)實(shí)現功耗管理是十分有效的。例如，熱流量計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 功耗管理的應用軟件設計
零功耗系統完全是在CPU的控制下完成功耗管理的，因此，它是依據總體設計要求，在系統硬件支持下，通過(guò)功耗管理的應用軟件實(shí)現的。應用軟件要遵循系統有效操作的時(shí)空占空比來(lái)及時(shí)關(guān)閉或喚醒相應的電路單元。
(1)MCU、處理器、SOC本身的零功耗管理。它包括內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 零功耗系統與最小功耗系統設計
零功耗系統是基于功耗管理的低功耗系統，但只有零功耗系統設計并不能實(shí)現系統的最小功耗。因為在實(shí)際系統中，有效操作時(shí)系統的功耗過(guò)大以及非有效操作時(shí)系統的功耗遠不為零，都會(huì )影響實(shí)際系統的最小功耗水平；而降低系統有效操作和非有效操作時(shí)空中的功耗水平，屬于傳統的低功耗設計技術(shù)。它是根據電路功耗特性參數來(lái)實(shí)現滿(mǎn)足低功耗設計要求，在很多情況下并沒(méi)有功耗管理的參與。例如，根據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、負載電容等參數有關(guān)。降低系統供電電壓，降低時(shí)鐘頻率，減少硬件電路設計制作時(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)施了傳統的低功耗設計和零功耗設計，才能獲得系統的最小功耗。
結束語(yǔ)
(1)零功耗系統是一種工程概念。在這種系統中沒(méi)有功耗浪費，所必需的系統功耗為傳統電路功耗的高諧小量。
(2)零功耗系統設計是基于CMOS數字電路靜、動(dòng)態(tài)功耗特性的最大靜態(tài)化的功耗管理設計。
(3)在嵌入式應用系統中，按系統有效操作的時(shí)空占空比，實(shí)現按需供給的功耗管理能最有效地、大幅度地降低系統功耗。
(4)對系統實(shí)現低功耗設計與零功耗設計可實(shí)現系統的最小功耗--微功耗。
(5)系統的微功耗以及便攜化，使系統供電變得十分靈活與多樣化，從而使傳統的系統電源設計轉向系統供電設計。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/151233.htm
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