在面对有必要延伸电池寿数的需求时,许多体系规划师以为单个芯片所耗费的功耗比两个芯片要少。原因好像很简略:芯片间通讯比单个芯片作业耗费更多的功耗,两个芯片上有更多的晶体管,因而要比有相同功用的单芯片有更多的漏电流。但功耗节约技能却给这种传统观念迎头一击。
DSP规划师将更多的功用,如加速器、通讯模块和网络外设集成到DSP芯片上,使芯片对工程师更为有用。但这种更强壮的芯片在完结简略的内务办理或监控使命时,会耗费比该使命所需更多的功耗。在多种状况下,规划师无法只启用DSP芯片中所需部分的功用。
在某些运用中,微操控器(MCU)可履行相同的体系监控使命,而比DSP耗费更少的功耗。所以,双芯片的架构:DSP及MCU也是可行的。因而,运用一个低功耗DSP作为主处理器,另一个低功耗MCU作为体系监控器,就可延伸单个DSP完结相同使命所耗费的电池寿数。为了协助节约功耗,工程师在挑选DSP时要考虑以下要素:
寻觅较大容量的片上内存。DSP拜访芯片外存储器时总会耗费更多功耗。外部DRAM存储需求安稳的功耗,这会耗费电池的电能。
挑选一个可发动和封闭外设的DSP。有一些DSP可对不活动的片上外设主动断电,这种才能供给了多种等级的操控和功耗节约。
挑选一个在不同功耗等级能完结多种待机状况的DSP。多电源可节约更多能耗。
挑选供给了能优化功耗运用并下降功耗的开发软件的DSP。东西应让开发人员轻松地动态改动芯片的电压和频率、办理电源状况,协助他们评价和剖析功耗信息。
MCU耗费较少电流
在某些运用中的MCU中,低功耗的半导体工艺可下降晶体管漏电流,协助芯片规划师优化低功耗运转。惋惜的是,低功耗工艺会约束MCU功用。例如,一个Texas Instruments MSP430 MCU在待机形式下耗费500nA电流,最大时钟频率为16MHz。而TMS320C5506 DSP运转的最大时钟频率为108MHz,在待机形式下耗费10µA电流。这表明它耗费了比MSP430高出20倍的电流。
从曾经的开展进程上看,一向由软件操控内部MCU外设,这表明CPU总坚持活动状况。但新的中止驱动(interrupt-driven)外设只需求较少的软件开支,答应MCU在大都时刻坚持待机形式。以内部模数转化器(ADC)硬件为例,它可主动扫描输入通道、触发器转化和履行DMA传输,来处理接纳的数据采样使命。成果,ADC几乎是自发地运转,CPU只用很少的时刻为其供给服务,MCU节约了功耗。
多时钟下降功耗要求
MCU的时钟体系规划还可协助下降功耗。图1中的电路图显现了由单个晶体运转的两个时钟。MCU一般运用一个32kHz晶体,但不一定会一起生成内部时钟信号、体系时钟(MCLK)和辅佐时钟(ACLK)信号。一般,晶体只生成ACLK信号。MCU的低功耗外设运用一起驱动MCU实时时钟的32kHz辅佐时钟,高速数字操控振荡器(DCO)生成CPU和高速外设的体系时钟信号。
DCO能以几种方法生成时钟信号,每种都有不同的功用和功耗特色。从低到高的功耗,这些时钟形式有超低功耗振荡器(VLO)、3kHz晶体到DCO。为了下降功耗,规划师在搁置形式下运用最低的时钟(VLO或32kHz晶体),当运用需求CPU的活动处理时,完结了高频DCO。DCO可在不到1µs的时刻内进入活动状况并到达彻底安稳。这种“即时启用”的才能节约了时刻和功耗。留意,在活动处理进程中运用低频率的低功耗时钟会比切换到更快的时钟下耗费更多的的功耗。在较高的功耗活动形式下,低频时钟使CPU花费更多的时刻在特定的使命上。
除了对某些外设运用低速时钟节约功耗外,MSP430 MCU还供给了超低功耗振荡器来生成ACLK信号。在其待机功耗运转形式(LPM3)下,在ACLK运转和一切中止启用状况下,MSP430 MCU一般耗费不到1 µA的电流。所以,低功耗的MCU在坚持实时的时钟或办理电池充电进程中比DSP耗费更少的功耗。并且,将这些使命交给MCU也可将DSP摆脱出来,使其可履行其拿手的的信号处理使命。
功耗节约行之有效
工程师可看到双处理器规划完结超卓成效。试想有一依靠高端DSP来处理监控使命的体系。该处理器很快就会竭尽一个2,500mAh的镍氢AA电池。假如均匀电流耗费为10mA,两节串联电池在10.5天内就会耗尽。双处理器运用可将电流下降到1mA,使电池延伸到120天。
双处理器体系中MCU为下降功耗,所能处理的某些体系或监控功用包含:
实时时钟保护
电源排序
电源监控与重置
键盘或人机接口办理
电池办理
显现器操控
办理DSP电源
许多DSP需求有必要以固定的次序施加电源的多个电源“轨”,以确保DSP和外围设备正常作业。一般,这些轨一起对中心(CPU)及DDR内存和I/O设备供电。虽然专用器材可通过固定的次序对DSP芯片施加电压,但其不能履行其它功用。较小的低功耗MCU可对电源电压进行排序并监控,并履行电源操控使命(图2)。在此例中,软件以恰当的次序发动三个电源稳压器电路。MCU运用其内部ADC检测各个电源轨何时到达恰当的电压。当总电路不需求DSP芯片时,MCU能够封闭稳压器以封闭DSP。
实际上,MCU可直接与压操控振荡器通讯来操控DSP的电压和频率,或与PLL通讯操控DSP的时钟频率。因而,当DSP完结核算密布的使命时,MCU可调节时钟将DSP转为待机形式以节约功耗。
双向监控答应MCU“检测”DSP以了解其繁忙状况。在此形式下,MCU作为智能操控器运转。另一方面,DSP可对MCU进行读写操作。所以DSP可依据运用的需求,告诉MCU下降或进步DSP时钟。
运用MCU完结DSP一般在单个处理器体系中完结的其它使命,规划师还可取得更多的优点。例如,在处理键盘操作时,MCU比DSP耗费更少的功耗。MCU只在检测到按键或开释按键的动作后,才发送中止信号到DSP。这种方法有助于防止由击键形成的过多电流耗费,该状况常常出现在某些手持设备中。为了进一步摆脱DSP芯片的负荷,监控MCU可供给:
段式LCD的驱动电路
规范SPI、UART和I2C端口
用于射频通讯外设的接口
电池办理电路
通用I/O端口
对上述及曾经说到的其它每种外设,MCU都可从低功耗形式“主动发动”。因而,MCU不会接连地轮询外设来确认哪个需求服务,也不会耗费最大功耗来进行该使命。外设会依据需求发动。
低功耗便携运用中的每一个毫瓦都是十分宝贵的。最终,规划师有必要依据对核算、丈量和功用及运转DSP或MCU间的全面考虑,来确认在运用中是运用一个仍是两个处理器。