嵌入式系统能耗的动态管理方案

与 IEM 软件一起联合工作的是 Intelligent Energy Controller（智能能量控制器，IEC）部件。IEC 是一个 APB 外设，它可以快速地集成到任何基于 AMBA 规范的 SoC 设计中。IEC 使用精密计数器和定时器测出当前的系统性能水平，并将其送给软件，以确保处理器的性能永远能够满足软件工作负荷的最低要求。它还将大部分软件测量活动下载给硬件，从而减少了处理器上 IEM 软件的开销。

IEC 部件还提供一个对性能调整硬件的抽象。从软件的角度看，当工作负载变化而且预测被修改时，才向 IEC 提交一个新的性能级别请求。这种性能级别的实现则用抽象方法对软件进行隐藏。ARM 的 IEM 软件部件优化功耗的性能设定算法是基于工作负荷的差异，与之类似，国家半导体的 PowerWise 技术也根据当时的环境状况以及各器件间的工艺差异，通过调整运行参数来确保处理器不会在最差的情况下工作。

国家半导体用于自适应电压调整或动态电压调整的 PowerWise 技术的核心是一个低门数、综合的数字部件，名叫 Adaptive Power CONtroller（自适应功率控制器，APC）。APC 包括硬件性能监控器，它可以准确地监控处理器的功耗，跟踪温度以及不同器件工艺的变化。APC 与片外能量管理单元（EMU）的通信通过一个双线、双向总线进行，这个总线叫 PowerWise 接口（PWI）。

图 5 显示了完整的端到端参考解决方案，它使用了 ARM 公司的 IEM 和 IEC 部件，以及国家半导体公司的 APC 和 EMU 部件。

由 ARM 的 IEM 预测出的总体性能级别通过 IEM 硬件部分的抽象层传送给 APC。APC 自适应地调整供电电压，以覆盖内核工艺和当时的运行条件，满足特定的性能要求。

在设计时 IEC 可以配置为连接到片上特别设计的时钟管理单元（CMU）和 APC 部件。CMU 负责为处理器提供与所需性能级别相适应的时钟频率。APC 负责管理片外 EMU，为处理器内核提供能满足所需性能级别的最低电压，同时还要考虑当前内核工艺与温度状况。由 IEC 部件来协调管理时钟频率与电压的变化，以保证任何时候两者的组合都是有效的，并且不同性能级别之间的转换要顺利，而且在时钟产生方案与外部 EMU 的限制下转换要尽可能快。

能量管理的最大限度ARM 与国家半导体开发出了这些先进的能量管理解决方案，可 以协助 OEM 厂商实现他们的手持式电池供电产品的电池寿命最大化（电池寿命现在是最终用户真正关心的几个关键要素之一）。整个解决方案具有部件化的特性，这意味着该技术可以自我调整去适应各种性能调整硬件，包括 DVS 和 AVS。IEM 预测软件决定了处理器可以运行的最低性能级别，同时通过 IEC 的帮助，也确保永远不会低于软件的最低界线。APC 用性能预测与外部 EMU 一起工作，使处理器运行在能保证应用软件正确运行的最低电压和频率下。在已确定时钟发生器、供电电压动态范围，以及混合应用软件可用余量等限制条件下，这一完整的解决方案能将处理器的功耗降低到最低程度。

ARM 智能能量管理技术可以用于降低一个嵌入式处理器的能量需求，最高可达75%。国家半导体公司的 PowerWise 技术可以减小安全裕度，并进一步减少能耗，与开环电压控制方案相比，在室温下使用 AVS 可以再节省 45% 的能耗。通过模拟工作与测试芯片显示，结合使用 IEM 和 PowerWise 技术可以把智能手机和 PDA 这类产品的总能耗降低 30%，这对增加电池寿命有相当大的好处，同时还可以减小产品体积或降低成本。

正如前面所说，在一个典型设计中，处理器只是许多耗能部件中的一个。当 IEM 和 PowerWise 技术进入实用时，预计它们将被用于在一片 SoC 中，用于控制其它器件。