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[分享] 【分享】嵌入式微处理器对电源管理的支持

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发表于 2020-3-16 21:45:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

        从8位单片机到32位高性能处理器,都在一定程度上支持电源管理功能。例如处理器支持多种电源状态。系统在运行态(Run)时,设备全部正常工作。在空闲态时,处理器按照特定的模式,进行相应的节能。在挂起状态下,处理器挂起,主存储器运行在节能的自刷新模式,只有功耗管理电路、唤醒电路继续工作。现有的单片机、ARM等32位RISC处理器一般都支持以上模式。

        在传感器网络应用中,传感器节点一般采用低廉的8/16位单片机,其电池寿命至关重要。节点工作时按功率消耗由小到大有睡眠(sleep)、空闲(idle)、接收(receive)及发送(transmit)等四种模式。大多时间内,节点都处于睡眠与空闲模式,只有少量能耗。

        ATMEL采用picoPower技术的AVR微控制器显着降低了功耗。这些技术包括一个超低功耗晶振、睡眠模式下自动终止和重激活欠压检测器、能完全停止对外围设备电力供应的省电寄存器以及能够关闭特定管脚输入的数字输入中断寄存器。picoPower技术使工作电流大幅度降低,减少了断电状态下不必要的功耗,使电池使用寿命得到了延长。

        

        ARM以其优秀的低功耗技术在消费类电子等领域得到广泛应用。ARM实现了不同级别的低功耗管理技术。据ARM估计,32位的Cortex-M3处理器内核以0.19mW/MHz(0.18微米)极低的功耗在特殊应用中占据优势。32位Cortex-M3设备执行任务的速度比8位设备快许多倍,所以活动模式中所用的时间更短,平均功率相应降低。

        高端ARM处理器还支持功能更强大的电源管理功能,通过电压调节与频率调节相结合,极大地降低功耗,提高能量效率。动态电压调节(DVS)是通过对系统的负载预测,在一个开环电压控制系统中用多组能耗级别的频率、电压对来实现。自适应电压调节(AVS)用一个闭环电压控制系统来实现,它无需配对的频率、电压,能提供更优的节能效果。

        例如以TI的 OMAP1610(ARM926E核)处理器为例,内部可以调节参数包括:CPU电压,DPLL频率控制,CPU频率控制,交通控制器(TC),外部设备控制器,DSP运行频率,DSP MMU频率,LCD刷新频率。通过定义操作点(OperaTIon Points,OP)数据结构来抽象表示频率、电压等能耗级别。

        其中,192MHz-1.5V操作点参数1500表示OMAP3.2核心电压1500mV;16表示DPLL频率控制12MHz晶振输入倍频16倍;1表示分频为1;1表示OMAP3.2核心分频为1(所以它运行在192MHz);2表示TC(交通控制器)分频为2(所以它运行在96MHz);如果使用TI的DSP代码,则后四个参数为不可控,均使用默认值。

                                                  

        更先进电源管理功能的嵌入式微处理器还有90nm工艺的Marvel PAX300系列,提供更细颗粒的电源管理技术(称为MSPM),API和驱动程序;飞思卡尔iMX31支持DVFS(动态的电压和频率调节)和DPTC(动态的处理器温度补偿)等技术,它配合飞思卡尔MC13783和MC34704 IC管理器件,Linux驱动和策略管理代码,用户可以方便地构建一个具备优秀电源管理能力的嵌入式系统。

                                                           

             ARM 与国家半导体(NS)开发出了先进的能量管理解决方案,智能能量管理器(IEM)预测软件决定了处理器可以运行的最低性能级别,同时,通过智能能量控制器(IEC)的帮助、通过自适应功率控制器(APC)与外部能量管理单元(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。(本文来自电子发烧友)
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