無線系統(tǒng)及有線系統(tǒng)設計師均必須重視電源效率問題，盡管雙方的出發(fā)點不盡相同：對于移動設備而言，更長的電池使用壽命、更長的通話時間或更長的工作時間都是明顯的優(yōu)勢，降低電源要求意味著使用體積更小的電池或選擇不同的電池技術，這在一定程度上也緩解了電池發(fā)熱問題；對于有線系統(tǒng)而言，設計師可通過減小電源體積、減少冷卻需求以及降低風扇噪聲來提高電池效率。人們很少會提到這樣一個事實：提高電源效率還可節(jié)省空間，而節(jié)省的空間可以用來增加能夠提高系統(tǒng)性能的組件，尤其是設計小組希望添加一個以上處理器時，這一點非常重要。

設計嵌入式DSP處理器或系統(tǒng)功耗要求嚴格的系統(tǒng)時，采用DSP專用技術、操作系統(tǒng)及其支持軟件可以降低功耗。超越傳統(tǒng)技術的DSP或雙處理器設計在節(jié)約能量方面表現(xiàn)出色。
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　　功耗基礎知識

互補金屬氧化物半導體(CMOS)電路的總功耗是動態(tài)功耗與靜態(tài)功耗之和：

當門發(fā)生邏輯狀態(tài)轉換并產(chǎn)生內(nèi)部結點充電所需的開關電流以及P通道及N通道同時暫態(tài)開啟引起直通電流時，就會出現(xiàn)動態(tài)功耗。通過以下公式可以估算其近似值：

其中，Cpd為動態(tài)電容，F(xiàn)為開關頻率，Vcc為電源電壓，而Nsw為轉換的比特數(shù)。另外，電壓(Vcc)決定著穩(wěn)定工作狀態(tài)下的最大開關頻率(F)。上述關系中包含兩個重要概念：動態(tài)功耗與開關頻率呈線性關系，與電源電壓呈二次關系；最大安全開關頻率取決于電源電壓。為便于本文討論，將特定的頻率及電壓對稱為“設定點”。

很顯然，降低CPU時鐘速率將相應成比例地降低動態(tài)功耗，由于動態(tài)功耗與電源電壓成二次關系，在不影響系統(tǒng)性能的前提下，通過降低電壓就可能大大降低功耗。不過，對于特定任務集，降低CPU時鐘速率也會成比例地延長執(zhí)行該任務集的時間，因此必須仔細分析應用以確保滿足其實時需求。

靜態(tài)功耗主要是由于晶體管漏電流造成的。一般說來，CMOS電路的靜態(tài)功耗很低，與其動態(tài)功耗相比可以忽略不計。嵌入式應用在不工作期間通常會“閑置”CPU時鐘以減少動態(tài)功耗，從而顯著降低總體功耗。而在未來的設計中必須特別關注靜態(tài)功耗問題，因為更高性能的新型晶體管的漏電流將顯著提高。
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　　嵌入式系統(tǒng)常用技術

常用電源管理技術可以分為兩類：通過早期硬件設計決策時實現(xiàn)，或在系統(tǒng)運行時實現(xiàn)。設計早期的決策對滿足性能及功耗至關重要，下面列出了設計中需要考慮的十大要素，其中包括硬件選擇、設計策略及架構選擇。大多數(shù)要素都是嵌入式系統(tǒng)的基本要求，其他要素則需要單獨考慮。盡管下列決策是在設計早期制定的，但有些仍需在整個設計周期中進行再驗證。如下所列：

1. 選擇低功耗組件；

2. 分割電壓與時鐘域；

3. 支持電壓及頻率調(diào)節(jié)功能；

4. 啟用保持電壓門控功能；

5. 通過軟件利用中斷減少輪詢；

6. 采用分級存儲器模型；

7. 降低輸出負載；

8. 系統(tǒng)啟動時關閉非關鍵資源供電；

9. 盡量減少活動PLL數(shù)量；

10. 使用時鐘分頻器快速變換頻率。

確定系統(tǒng)架構以后，設計團隊需要將注意力轉向系統(tǒng)運行時環(huán)境。以下列出的14項，在設計過程中要始終關注其中大部分內(nèi)容：

1. 不需要時則關閉門控時鐘；

2. 引導過程中主動關閉不必要的功耗；

3. 僅在需要時用向子系統(tǒng)供電；

4. 激活外設低功耗模式；

5. 充分利用外設活動狀態(tài)檢測器；

6. 使用自動刷新模式；

7. 對應用進行基準測試來確定必需的最小頻率及電壓；

8. 根據(jù)總體活動情況調(diào)整CPU頻率及電壓；

9. 動態(tài)調(diào)節(jié)CPU頻率及電壓以匹配預計的工作負載；

10. 優(yōu)化代碼的執(zhí)行速度；

11. 使用低功耗代碼序列及數(shù)據(jù)模式；

12. 使用代碼覆蓋技術減少對高速內(nèi)存的需求；

13. 更換電源時進入簡化功能模式；

14. 平衡精確度與功耗的關系。

有經(jīng)驗的設計團隊必須至少在概念上熟悉上述嵌入式系統(tǒng)應用設計要點(其中部分與DSP電路有關)。任何降低功耗的設計都有可能對性能產(chǎn)生負面影響或導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。
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?? ?? ?DSP RTOS如何滿足低功耗設計要求

一部分最重要的并得到普遍認可的技術方法可以融合到RTOS中，相關的技術包括：閑置、關閉活動電源、器件驅動程序通知、內(nèi)存管理、電壓/頻率調(diào)節(jié)。然而，由于設計目標不盡相同，將這些技術構建到RTOS中并不容易。設計師需要在這些方法中做出選擇，設計的關鍵目標就是高效性、靈活性以及與操作系統(tǒng)本身的松散關系。

TI的DSP/BIOS操作系統(tǒng)的電源管理器(PWRM)非常適于用作現(xiàn)有RTOS的電源管理模塊。盡管以下描述的設計實現(xiàn)是針對DSP/BIOS，但其概念可很容易地運用到其他操作系統(tǒng)，甚至用于無操作系統(tǒng)的應用環(huán)境。

電源管理器的要求

電源管理器設計的關鍵要求如下：

1. 管理決策必須由應用觸發(fā)，而不是操作系統(tǒng)觸發(fā)；

2. 電源管理活動應當針對大部分應用代碼透明；

3. 電源管理器必須支持電壓與頻率(V/F)調(diào)節(jié)，并充分利用芯片的空閑與睡眠模式；

4. 電源管理器必須在應用代碼、驅動程序以及操作系統(tǒng)本身范圍內(nèi)協(xié)調(diào)電源事件處理，并在發(fā)生特定事件時向客戶端發(fā)出通知；

5. 電源管理特性必須在任何線程環(huán)境中可用，并且還必須對特定客戶端的多個實例可用(如一個器件驅動程序的多個實例)；

6. 在向客戶端發(fā)出電源事件通知時，電源管理器必須支持事件處理的延遲完成，并在等待延遲客戶端的完成信號的同時通知其他客戶端；

7. 對具有不同功能的不同平臺，電源管理器必須是可擴展的和可移植的。

為滿足上述的關鍵要求，可將電源管理器作為DSP/BIOS的附屬模塊添加，如圖1所示。電源管理器位于內(nèi)核之外，它不是系統(tǒng)中的一項任務，而是一組可在應用控制線程以及器件驅動程序環(huán)境中執(zhí)行的API。