DSP降耗一直是困擾設(shè)計(jì)人員的問(wèn)題，現(xiàn)在新的DSP操作系統(tǒng)整合了多項(xiàng)功率管理功能。這些內(nèi)建功能及工具加上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精心部署，DSP系統(tǒng)的功耗可得到大幅度降低。

　　低功耗問(wèn)題

　　在企業(yè)中，降低功耗就等同于降低開銷；在移動(dòng)電子設(shè)備領(lǐng)域，就意味著更強(qiáng)悍的續(xù)航能力，就意味著銷量。

　　理解功率分布和芯片資源

　　在任何類型的系統(tǒng)中，降低功率的步是了解系統(tǒng)的使用方式，以及這種使用是如何影響功耗的。比如，手機(jī)大部分時(shí)間都處于等待呼叫的狀態(tài)中，實(shí)際通話的時(shí)間相當(dāng)少。另一方面，MP3播放器通常不是開機(jī)處于激活運(yùn)行狀態(tài)，就是處于關(guān)斷狀態(tài)。其它系統(tǒng)、線路供電系統(tǒng)以及便攜式系統(tǒng)，都有著不同的待機(jī)功耗分布和激活工作功耗分布，參見下面的圖1。

圖1：工作功耗和待機(jī)功耗

　　了解功耗分布有助于設(shè)計(jì)人員選擇一個(gè)具功率效率的處理器，因?yàn)樵谀承╊愋偷膽?yīng)用中，DSP的基本CMOS技術(shù)可能對(duì)功耗產(chǎn)生很大的影響。先進(jìn)的CMOS工藝則基于工作電壓極低的高性能晶體管。根據(jù)既定應(yīng)用，可以量身定做晶體管，通過(guò)對(duì)靜態(tài)電流進(jìn)行鉗位把功耗降至，或把性能提高到，盡管這樣會(huì)稍微增加泄漏電流。專門為手機(jī)這樣的待機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的DSP，可通過(guò)低泄漏晶體管把靜態(tài)電流降至，而為總是處于激活狀態(tài)的高性能應(yīng)用而設(shè)計(jì)的DSP則較青睞開關(guān)速度更快的晶體管。

　　系統(tǒng)使用還包括系統(tǒng)對(duì)各種事件的響應(yīng)，以及電路接通電源時(shí)的延遲。初始上電時(shí)可能有一些延遲，而系統(tǒng)從待機(jī)模式被喚醒時(shí)，較小的延遲是可以接受的。但用戶一般都期望處于激活工作狀態(tài)的系統(tǒng)能夠即時(shí)響應(yīng)，故而這時(shí)片上功能不能處于深度睡眠模式。這里有兩方面的考慮：，部分功能可以較其它功能更徹底地關(guān)斷，尤其是在待機(jī)期間，激活工作期間也如此。第二，處理器的功率模式控制能力越精細(xì)，設(shè)計(jì)人員就越能夠進(jìn)行充分的功耗調(diào)節(jié)以適合系統(tǒng)的操作情況。

　　高功率效率的DSP芯片設(shè)計(jì)通過(guò)建立電源域，使應(yīng)用能夠切斷不在使用中的功能的時(shí)鐘輸入，從而把所有這些因素都考慮在內(nèi)了。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在考慮其產(chǎn)品的使用情況時(shí)，還需要考慮到在為各項(xiàng)功能提供時(shí)鐘方面，DSP能夠提供多少控制能力，或是否能夠自動(dòng)處理。

　　節(jié)能DSP內(nèi)建的另一項(xiàng)功能是能夠調(diào)節(jié)電壓和頻率，這就為非峰值處理期間的功耗削減提供了一種重要的手段。

　　正確功率信息的獲得

　　在DSP制造方面，所需要的是模塊化的功率估算方案，即把設(shè)備劃分為若干子系統(tǒng)，然后獨(dú)立運(yùn)行每一個(gè)子系統(tǒng)。一旦確定了每一個(gè)片上功能的功率值和空閑功率值，就可以通過(guò)插值法為一個(gè)功能建立一條功耗曲線。于是，在明確了每一功能的運(yùn)行級(jí)別之后，可以把從各條曲線獲得的功率值累加，給出整個(gè)設(shè)備的實(shí)際功率估算值。

　　圖2是一個(gè)功率估算電子數(shù)據(jù)表，它把一個(gè)典型的DSP分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，由用戶輸入相關(guān)參數(shù)，然后可以返回設(shè)備的功率估算值。就像這個(gè)電子數(shù)據(jù)表所顯示的，估算是否正確取決于用戶提供的信息是否反映出對(duì)系統(tǒng)使用方式的良好了解，包括數(shù)據(jù)寬度、頻率、電源電壓和使用中外設(shè)的可用帶寬的百分比等因素。 

圖2：功耗估算

　　低功耗設(shè)計(jì)

　　具有功耗意識(shí)的設(shè)計(jì)技術(shù)可以幫助DSP設(shè)計(jì)人員充分利用正確的功率估算。在系統(tǒng)級(jí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該精心選擇相關(guān)元件，使其數(shù)目盡可能地低。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該考慮到哪些未使用的元件可以置于省電模式，尤其是在待機(jī)期間。板級(jí)存儲(chǔ)器的使用也是一個(gè)功率消耗源，因?yàn)楸仨毻瑫r(shí)給存儲(chǔ)器芯片和電路板跡線供電。

　　應(yīng)用應(yīng)該盡可能地使用DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)器，以保持片上大帶寬存儲(chǔ)，把外部存儲(chǔ)器保留用作偶爾的低速存取。片外存儲(chǔ)器也可以很好地完成啟動(dòng)工作，但應(yīng)該在啟動(dòng)后被置于省電模式。為了減少存儲(chǔ)器中的代碼量和所取指令的數(shù)量，應(yīng)該優(yōu)化軟件提升性能。更緊湊的代碼有助于更好地利用緩存和內(nèi)部指令緩沖器，而且運(yùn)行速度更快，故能減少系統(tǒng)處于激活模式的時(shí)間。

　　大多數(shù)特定設(shè)備都是利用DSP的內(nèi)建硬件能力來(lái)降低功耗的。從一啟動(dòng)開始，應(yīng)用設(shè)備就 可以讓不使用的模塊處于空閑狀態(tài)，外設(shè)功耗只限用于那些在指定時(shí)間才需要的I/O 。應(yīng)用通常在啟動(dòng)時(shí)就直接控制各個(gè)模塊，稍后，DSP內(nèi)核可以后臺(tái)執(zhí)行一個(gè)循環(huán)來(lái)檢測(cè)哪些功能不需要，然后把它們關(guān)斷。如果應(yīng)用采用了這些技術(shù)，芯片的睡眠模式就可以把空閑期間內(nèi)核及芯片的功耗降至。

　　若所要求的總體性能不等于設(shè)備的全部能力，則可以在啟動(dòng)時(shí)就對(duì)DSP內(nèi)核電壓和頻率(V/F)進(jìn)行調(diào)節(jié)。若系統(tǒng)在具有不同性能負(fù)載的應(yīng)用間更替，V/F調(diào)節(jié)也可以在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)V/F調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)必需提供DSP外部電源電壓控制，以及內(nèi)建于后臺(tái)循環(huán)程序的軟件控制。由于頻率調(diào)節(jié)減慢內(nèi)核的運(yùn)行速度，設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到相互關(guān)聯(lián)的各個(gè)操作間的時(shí)序問(wèn)題。

　　OS中的功率管理

　　不論是通過(guò)V/F調(diào)節(jié)還是通過(guò)低功耗模式來(lái)動(dòng)態(tài)改變系統(tǒng)的功率要求，都需要涉及到DSP的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)。RTOS中的功率管理(PM)模塊能夠在啟動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)功耗節(jié)省，并在整個(gè)系統(tǒng)上協(xié)調(diào)各個(gè)低功耗操作。

　　內(nèi)核頻率調(diào)節(jié)會(huì)影響子系統(tǒng)操作的時(shí)序，因此PM能夠在完成頻率調(diào)節(jié)之后進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)節(jié)。如果對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)OS時(shí)鐘不重要，或者是用戶希望節(jié)省空間，則可以不使用PM功能。此外，當(dāng)線程被阻斷時(shí)，用戶還可以激活或停用自動(dòng)使時(shí)鐘處于空閑狀態(tài)的PM功能。在其協(xié)調(diào)作用中，PM提供了一種用于功率事件通知的注冊(cè)功能，當(dāng)特定功率管理事件發(fā)生時(shí)，客戶可以注冊(cè)通知，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，PM支持多個(gè)客戶端并允許客戶延遲事件的完成。

　　PM還提供了一個(gè)應(yīng)用編程接口庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)芯片的低功率技術(shù)軟件控制。通過(guò)這些API，應(yīng)用能夠門控時(shí)鐘，激活睡眠模式并安全管理V/F調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)之間的晶體管。這些設(shè)置點(diǎn)作為調(diào)節(jié)參數(shù)，使V/F能夠按照正確的順序降低和提高，而且具有正確操作所必需的設(shè)置時(shí)間。

　　下面圖3顯示了設(shè)置點(diǎn)是如何控制V/F調(diào)節(jié)的時(shí)序的。由于電壓和頻率調(diào)節(jié)對(duì)設(shè)計(jì)中所用的DSP和電壓調(diào)節(jié)器是特定的，PM API支持設(shè)置點(diǎn)延遲查詢和配置，同時(shí)PM庫(kù)可被重建。

圖3：功耗調(diào)節(jié)結(jié)果

　　工具的輔助開發(fā)功能

　　要有效解決上述所有技術(shù)問(wèn)題，需要一些專門為功率管理而設(shè)計(jì)的工具。類似于DSP工具開發(fā)的其它領(lǐng)域，功率優(yōu)化工具也致力于提供可視化和易于使用的優(yōu)勢(shì)，以幫助簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析并縮短上市時(shí)間。

　　這些工具結(jié)合DSP的嵌入式及RTOS功率管理技術(shù)，可以提供計(jì)量表、示波器波形、信道校準(zhǔn)、測(cè)試代碼和事件觸發(fā)等等測(cè)試功能。利用這些便捷功能，設(shè)計(jì)人員可得到一個(gè)反饋機(jī)制，憑此評(píng)估各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案對(duì)功耗的影響，終獲得一個(gè)方案。

　　圖4顯示了在設(shè)計(jì)周期中，集成的硬件和工具平臺(tái)，比如國(guó)家儀器有限公司(National Instruments)的C55x電源優(yōu)化DSP入門套件(DSK)，能夠如何以及在什么地方幫助開發(fā)人員在不同的設(shè)計(jì)環(huán)境下評(píng)估DSP的功耗，從而使是他們能夠更迅速地選定適合其系統(tǒng)的低功耗/高性能總體方案。

圖4：功耗優(yōu)化流程

　　從一開始就進(jìn)行功率設(shè)計(jì)

　　功率優(yōu)化應(yīng)該從開始就要進(jìn)行考慮，功率分布可以為設(shè)計(jì)員提供全面的參考信息源。