动态电源管理技术优化嵌入式应用性能与功耗比

　　Blackfin DSP具有四种不同的工作模式（对应于四种不同的功耗分析），提供可选的性能和功耗特性。表1总结了每种模式的工作特性。

　　全速工作模式

　　全速工作模式是Blackfin处理器的最高性能模式。在这种工作状态下，处理器和所有允许的外围设备都以全速运行。PLL是允许的，所以CCLK以CLKIN的倍频运行。

　　有效工作模式

　　在有效工作模式下，PLL允许，但是被旁路，所以CCLK直接来自于CLKIN。因为CLKIN源自外部振荡器输入，不会超过33 MHz，所以这种模式可以显著节省功耗。此时系统时钟（SCLK）频率也会降低，因为它永远不会超过CCLK。在这种模式下PLL被绕开，所以改变PLL的倍频系数是很安全的；但是，这种改变要直到DSP回到全速工作模式下才能奏效。在有效工作模式下， PLL不仅可以被旁路——它也可以被禁止，以便进一步节省功耗。

　　休眠模式

　　休眠模式由于禁止CCLK使得DSP内核空闲，所以显著降低了功耗。但是，SCLK仍然是允许的，因此二级存储器L2和外围设备中仍然可以进行数据转移。为了从休眠模式中退出，Blackfin提供一种DSP内核唤醒功能，其工作独立于内核的事件控制器。

　　深度休眠模式

　　深度休眠模式由于禁止PLL, CCLK和SCLK，所以最大地节省功耗。在这种模式下，处理器内核和所有的外围设备都被禁止，除了实时时钟（RTC）以外。在深度休眠模式下，DEEP_SLEEP输出引脚是可用的，以便允许外部功耗模式控制。深度休眠模式只能通过RTC中断或者硬件复位事件才能退出。RTC中断使得处理器转变为有效工作模式；硬件复位起动硬件复位时序。

　　3. 独立的功耗域

　　Blackfin DSP支持多种功耗域，包括专用的锁相环功耗域，可用很小的钮扣电池供电的实时时钟（RTC），以及用于各种外围设备的独立域。内核处理器也有自己的功耗域。采用多种功耗域提供最大的灵活性，同时保证与市场上可提供的多种器件之间的直接连通性，例如SDRAM和SRAM存储器。如图5所示，独立的功耗域允许改变Blackfin DSP的内核电压，无需中断与外部器件的连接。这是一个很重要的优势，因为——如上面提到的——处理器消耗的功率与其工作电压的平方成正比。

　　4. 采用高效的处理器体系结构

　　对于给定应用降低功耗的另外一种经常被忽视的方法是为该应用选择一种高效的处理器体系结构。 这种结构特性，例如特殊指令和快速的存储器结构，由于减少总的算法执行时间而显著降低功耗。另外，注重功耗的应用使高效的结构化算法极为重要，从而利用固有的体系结构特点，例如硬件环路缓冲和指令数据高速缓存。重要的是应该认识到复杂的算法通常会增加功耗，因为它们会占用较多的资源。如果算法经过优化，它就会执行较少的指令。完成算法所有步骤的速度越快，内核电压和频率就会降低得越快。

　　在支持可以选择禁止无用功能单元（例如片内存储器、外围设备、时钟等）的体系结构中，可以进一步降低功耗。

　　Blackfin DSP允许动态安排每个外围设备的时钟输入时序，从而提供附加的功率控制能力。这样就允许更加精细地控制功耗。而且，内部时钟仅仅连接到器件的允许工作部分。例如，在ADSP-21535中，256kB的片内二级存储器L2由8个32kB的存储器组构成。这些存储器组仅当它们被访问时才提供时钟，这个特性可以显著节省功耗。

　　5. 分析工具

　　还有另外一种优化功耗的方法，Blackfin VisualDSP++工具套件可以分析应用程序以便确定一种算法每个部分的精确处理需求。这种分析工具允许系统设计工程师实时地定量分

析任何给定代码段需要消耗的时间。如果在电池供电应用中采用这种方法，那么其内核和系统频率，以及内核电压，都可以进行修改以便达到完成该任务所需最小功耗的最佳匹配。

　　6. 智能电压调节

　　从ADSP-21532开始，Blackfin DSP提供内置内核电压调节。首款Blackfin DSP器件ADSP-21535需要一片外部电源管理芯片才允许动态控制内核电压。ADP3053是一种支持ADSP-21535的电源管理的辅助芯片。该DSP使用3个引脚来控制由ADP3053提供的功率水平。ADP3053允许100 mV的内核电压步长增量，从0.9 V增加到1.5 V。另外，ADP3053还为PLL提供低噪声电源。

　　结论

　　使用DSP的设计工程师无须为了性能而牺牲功耗。有很多方法帮助他们来平衡这些经常会发生冲突的要求。通过从战略上研究电源管理，而非权宜性的，就可以显著节省功耗。Blackfin DSP系统为实现低功耗、高性能的嵌入式应用提供了一种优良的平台。