数字语音解码器的低功耗设计策略

近年来，随着个人手持多媒体设备的快速增长，低功耗设计变得越来越重要，甚至成为决定产品是否成功的关键，如笔记本电脑、PDA、移动电话等时尚消费和商务类电子产品，对电池的供电时间要求越来越高，高功耗成为延长电池使用时间突出的制约因素。
CMOS数字电路的功耗主要由3部分组成：跳变功耗、短路功耗和静态漏电功耗。其中占系统功耗比例大于90％的为跳变功耗，也称动态功耗。对于SoC而言，所有的设计方法都是围绕着动态功耗来进行。如何从各个层次、各个方面尽量减少动态功耗，将是语音解码设计中的重点内容。

1 语音解码器的低功耗设计策略
SoC低功耗的设计应该从顶层到底层各个阶段进行优化设计的工作，主要运用各级的低功耗策略，通常在系统级、算法级、结构级、电路级、布局布线以及制造工艺等层次上综合考虑。有研究表明，除了制造工艺外，高抽象层次(系统级、算法级、结构级)的设计因素对功耗的影响比其他层次要大的多。因此系统级、算法级、结构级的低功耗设计技术的研究非常重要。
1．1 系统级的低功耗设计策略
降低系统级的功耗实际上是减少动态功耗。主要方法是时钟采用power-down管理模式，在SoC处于空闲状态时，使SoC运作于休眠状态(只有部分设备处于工作之中)；在预设时间到来时，产生一个中断，由该中断唤醒其他设备；或采用门生时钟技术停掉未工作模块的时钟，从而降低系统功耗。
另外，多时钟设计也是降低系统功耗的有效方法，即让运算量小的模块采用低频率时钟；而运算量大的模块使用高频率时钟。
本设计综合使用了上述设计策略以降低系统功耗。使用一个系统主频，通过对时钟的精细控制，即时钟使能＆禁止以控制模块的工作状态；使用双向不交叠时钟技术，提高运算量大的模块的操作频率，同时消除了竞争与冒险的可能。双向不交叠时钟由系统时钟Cp分为2个不交叠的时钟，yCp和zCp，如图1所示在运算时，由yCp时钟控制输入数据，由zCD时钟控制取出结果。

1．2 算法级低功耗设计策略
算法级低功耗设计主要在于软件代码的优化，减少由于算法的低效率引起的不必要功耗。一方面是对标准C代码的优化。C语言具有易读性、可移植性，但是C语言在实际工程应用中，不便于对系统硬件资源的直接控制，无法发挥SoC的特点。用汇编语言编程，可以根据芯片自身硬件结构特点，对汇编程序进行优化与精简，往往能够使一些复杂的算法和功能模块在实时处理方面取得非常好的效果。另一方面分析了影响执行效率的数据相关、控制相关和资源冲突等因素后，在手工汇编的基础上充分挖掘算法的潜力，最大限度发挥硬件性能，以达到实时要求和低功耗设计的指标。