經(jīng)濟(jì)化進(jìn)程不斷加快，生活在“地球村”各個(gè)角落的人們相互學(xué)習(xí)、比照、追趕，生產(chǎn)和生活方式“突飛猛進(jìn)”地向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變。而工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和“現(xiàn)代”生活的高能耗、高排放也給人們帶來很多憂愁。如今，世界任何一個(gè)地方稍有一些“風(fēng)吹草動(dòng)”都會(huì)影響到許多人的生活和情緒；任何國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的氣候稍許變化都會(huì)牽動(dòng)許多人的神經(jīng)；為了自身利益而不顧他人利益的掠奪性開發(fā)行為，會(huì)遭到來自世界各地的共同譴責(zé)。人們對(duì)氣候變化等環(huán)境問題從來沒有像今天這樣關(guān)切；轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、保護(hù)賴以生存的自然環(huán)境，從來沒有像今天這樣得到大多數(shù)人的共識(shí)。事實(shí)上，類似的政策和標(biāo)準(zhǔn)在歐洲和日本等主要的國家和地區(qū)紛紛出臺(tái)，降低能耗已經(jīng)成為全人類必須解決的課題。

　　電子產(chǎn)品作為能耗大戶是開展節(jié)能的主戰(zhàn)場(chǎng)，各種電子產(chǎn)品運(yùn)行的電能消耗不僅加深了電能緊缺的現(xiàn)狀，而且數(shù)量龐大的便攜式電子產(chǎn)品每年耗用的各種電池對(duì)環(huán)境也造成了巨大的壓力。據(jù)中國化學(xué)與物理電池協(xié)會(huì)2009年6月公布的數(shù)據(jù)，中國市場(chǎng)2008年的電池銷量超過290億節(jié)，每年產(chǎn)生的廢舊電池達(dá)數(shù)百萬噸。降低電子產(chǎn)品的能耗已經(jīng)不僅是降低用戶產(chǎn)品使用成本，延長(zhǎng)電池待機(jī)時(shí)間等與用戶直接利益相關(guān)的話題，更是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造企業(yè)所應(yīng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。

　　另一方面，當(dāng)前電子產(chǎn)品同樣面臨技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展新趨勢(shì)所帶來的低功耗設(shè)計(jì)壓力。以便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，娛樂終端、通信終端以及各種專用功能的便攜式產(chǎn)品的功能界限日益模糊，越來越多的應(yīng)用系統(tǒng)要求音頻、視頻和通訊處理能力，多種功能集成、多種外設(shè)接口、大屏幕顯示、全天候在線等要求，以及用戶本身對(duì)產(chǎn)品不斷提高的待機(jī)時(shí)間要求，都給產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師帶來直接的設(shè)計(jì)壓力。

　　傳統(tǒng)的處理器的局限性

　　這種壓力已經(jīng)持續(xù)在電子產(chǎn)業(yè)鏈中產(chǎn)生積極的推動(dòng)力，處于產(chǎn)業(yè)鏈頂端的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司直接感受到這種壓力，同時(shí)也是推動(dòng)電子產(chǎn)品低功耗設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)的主力。這些企業(yè)在降低集成電路產(chǎn)品功耗上堪稱不遺余力，獨(dú)具創(chuàng)新低功耗設(shè)計(jì)策略和技術(shù)的產(chǎn)品層出不窮。

　　對(duì)于嵌入式設(shè)備來說，處理器是嵌入式系統(tǒng)功耗的主要來源—對(duì)于手持設(shè)備而言，它幾乎占據(jù)了除顯示屏以外的整個(gè)系統(tǒng)功耗的一半以上，所以選擇合適的處理器對(duì)于的系統(tǒng)功耗大小有決定性的影響。RSIC微控制器和DSP都已在這些系統(tǒng)中得到廣泛使用。盡管傳統(tǒng)上RSIC處理器可以高效地處理控制流，DSP可很好地處理數(shù)據(jù)流（如音頻應(yīng)用）。由于目前很多嵌入式系統(tǒng)對(duì)控制和媒體處理都有要求，工程師大多在電路板或SoC中以某種形式把 DSP和MCU結(jié)合在一起，因?yàn)閱我坏腄SP或者M(jìn)CU處理器很難滿足當(dāng)前系統(tǒng)要求的處理能力或指令特性。

　　美國ADI公司作為低功耗半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，其低功耗、高性能的模擬產(chǎn)品為電子產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了極其重要的貢獻(xiàn)，而獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的Blackfin匯聚式處理器系列更為平臺(tái)提供了低功耗的引擎：基于單一的架構(gòu)，這種處理器致力于對(duì)復(fù)雜的需實(shí)時(shí)處理的媒體數(shù)據(jù)流和通常由RISC處理器完成的面向控制的任務(wù)提供一個(gè)優(yōu)化的方案，融合數(shù)字信號(hào)處理器與微控制器的匯聚式特性在降低系統(tǒng)功耗上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

　　匯聚式架構(gòu)的低功耗基因

　?。ㄒ唬┆?dú)特架構(gòu)建立低功耗硬件平臺(tái)

　　Blackfin處理器基于由 ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)（MSA），它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加（MAC）信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。

　　這種數(shù)字信號(hào)處理器與微控制器相結(jié)合的架構(gòu)特征使得Blackfin處理器具備了低功耗的基因：能夠在信號(hào)處理和控制處理應(yīng)用中均發(fā)揮上佳的作用，在當(dāng)前許多應(yīng)用場(chǎng)合中，Blackfin可以免除增設(shè)單獨(dú)的異構(gòu)處理器的需要；另外，與同級(jí)的其它處理器相比，Blackfin極高的性能確保了作為處理器平臺(tái)的性能裕量，在滿足一般的數(shù)字處理及控制處理的同時(shí)，常常還有足夠的性能裕量來滿足基于軟件的功能擴(kuò)展需求，避免增加額外的硬件帶來的功耗增加。

　　當(dāng)前大部分嵌入式設(shè)備中，音視頻、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和專用算法的處理缺一不可，這正是融合數(shù)字信號(hào)處理器和微控制器特性于一身的匯聚處理器所擅長(zhǎng)的，匯聚式處理器可以避免同級(jí)方案中的多處理器芯片產(chǎn)生額外功耗的弊端。在圖像編解碼的部分，Blackfin是軟解壓方式，它的可編程架構(gòu)特性可以更為靈活的支持不同的壓縮算法；Blackfin對(duì)各種協(xié)議棧具有很好的支持，提供大量的相關(guān)庫資源；在專用算法上，同樣良好的生態(tài)體系為工程師提供了大量的專用算法軟件模塊，Blackfin強(qiáng)大的處理能力確保各種算法的實(shí)現(xiàn)性能。所有這些都確保您的設(shè)計(jì)能以單處理器在滿足產(chǎn)品功能、性能的條件下，在重要的低功耗特性上超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　以當(dāng)前熱門電子產(chǎn)品數(shù)碼相框?yàn)槔?dāng)前大部分中低端產(chǎn)品方案采用“150MHz以下主頻處理器+特定格式媒體硬件解碼器”雙芯片硬件平臺(tái)，要實(shí)現(xiàn)WiFi無線連接、通信或數(shù)據(jù)加密等擴(kuò)展功能時(shí)，還必須增加對(duì)應(yīng)的硬件芯片，不僅增加了BOM成本、設(shè)計(jì)難度，更犧牲了系統(tǒng)功耗，這對(duì)于便攜式應(yīng)用來說是不可容忍的。

　　（二）動(dòng)態(tài)電源管理

　　Blackfin處理器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)電源管理（DPM），從而使Blackfin器件始終具備的電源效率。所有的 Blackfin 處理器均采用了多種節(jié)能技術(shù)，其中動(dòng)態(tài)電源管理特性的節(jié)能意義明顯。Blackfin處理器基于一種選通時(shí)鐘內(nèi)核設(shè)計(jì)，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源。Blackfin 處理器還支持多種針對(duì)所需CPU動(dòng)作極少（或根本不需要 CPU 動(dòng)作）期間的斷電模式。值得特別一提的是，Blackfin處理器還支持一種自含動(dòng)態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對(duì)工作頻率和電壓進(jìn)行獨(dú)立控制，以滿足正在執(zhí)行的算法的性能要求。這些轉(zhuǎn)換可以在一個(gè) RTOS 或用戶固件的控制之下連續(xù)出現(xiàn)。大多數(shù) Blackfin 處理器都提供了片上內(nèi)核穩(wěn)壓電路，并可在低至0.8V 的電壓條件下工作，能極大地降低系統(tǒng)的功耗。

　　為了達(dá)到的能源效率，同時(shí)以低功耗實(shí)現(xiàn)性能，Blackfin處理器采用了各種設(shè)計(jì)技術(shù)，包括：可編程電壓與頻率調(diào)節(jié)、時(shí)鐘周期分辨率動(dòng)態(tài)時(shí)鐘門控、支持深度睡眠與休眠模式的多電源域、可實(shí)現(xiàn)總線激活能量化的高代碼密度、用于實(shí)現(xiàn)性能與電源效率的混合閾值電壓晶體管、實(shí)現(xiàn)電源效率的完全定制的處理器內(nèi)核、使用靈活的硬件加速器，以及支持mSDRAM以實(shí)現(xiàn)板級(jí)功耗。

　　Blackfin處理器具備一個(gè)功能強(qiáng)大的電源管理系統(tǒng)。通過控制內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器中的鎖相環(huán)路，可以設(shè)置多種不同的功耗和性能選項(xiàng)。對(duì)于任何處理器來說，其功耗均為工作頻率和電壓平方的函數(shù)。通過控制工作頻率和電壓，可以控制處理器的功耗。然而，對(duì)PLL和電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行編程沒有想象的那么簡(jiǎn)單，需要對(duì)寄存器進(jìn)行編程、生成中斷、等待PLL穩(wěn)定下來，這其實(shí)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，也非常容易出錯(cuò)。利用Blackfin處理器動(dòng)態(tài)電源管理服務(wù)程序提供的函數(shù)，只要調(diào)用這個(gè)函數(shù)就可以改變系統(tǒng)和內(nèi)核的時(shí)鐘頻率、改變處理器的運(yùn)行模式。用戶還可以改變內(nèi)核時(shí)鐘頻率和系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，當(dāng)內(nèi)核和系統(tǒng)時(shí)鐘頻率改變后，電源管理服務(wù)程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)節(jié)電壓電平，以便盡可能限度地節(jié)省功耗。