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智能手机的系统架构及其低功耗设计

来源:    作者:     发布时间:2015-05-21 06:20:02     点击数:


2.7软件优化

式中:m=mdiv+8;p=pdiv+2,s=sdiv;mdiv、pdiv和sdiv可以通过寄存器进行设置。

因此,设计中确定主cpu主频对于整个系统的功耗和性能是一个关键。本文在综合考虑系统性能和功耗的基础上,设置主cpu主频为204mhz。

2.2dpm

dpm(动态电源管理)是在系统运行期间通过对系统的时钟或电压的动态控制来达到节省功率的目的,这种动态控制与系统的运行状态密切相关,该工作往往通过软件来实现[3,4]。

2.2.1定义不同的工作模式

在硬件架构中智能手机的工作模式与主cpu的工作模式密切相关。为了降低功耗,主cpu定义了4种工作模式:generalclockgatingmode;idlemode:sleepmode;stopmode。在主cpu主频确定的情况下,智能手机中定义了对应的4种工作模式:正常工作模式(normal);空闲模式(idle);睡眠模式(sleep);关机模式(off)。各种模式说明如下:

a)正常工作模式:主cpu工作模式为generalclockgatingmode;主cpu全速运行;时钟频率为204mhz。智能手机在这种状态下功耗最大,根据不同的运行状态,如播放mp3、打电话、实际测量,这共模电感器种模式下智能手机工作电流为200ma左右。
b)空闲模式:主cpu工作模式为idlemode,主cpu主时钟停止;时钟频率为204mhz。在空闲状态下,键盘背关灯和lcd背光灯关闭,lcd上有待机画面,特定的事件可以使智能手机空闲模式进入正常工作模式,如点击触摸屏、定时唤醒、按键、来电等。


c)睡眼模式:主cpu工作模式为sleepmode,除了主cpu内部的唤醒逻辑打开外,其余全关闭;主cpu时钟为使用36.768khz的慢时钟。除了modem以外,外设全部关闭,定义短时按开机键,使智能手机从睡眠模式下唤醒贴片电感进入正常工作状态。

d)关机模式:主cpu工作模式为stopmode,除了主cpu泄漏电流外,不消耗功率;主cpu关闭。智能手机必须重新开机之后,才能进正常工作模式,实际测量,手机在这种模式下电流为100μa。

从以上看出,智能手机在正常工作模式下的功率比空闲模式、睡眠模式下大得多。因此,当用户没有对手机进行操作时,通过软件设置,使手机尽快进入空闲模式或睡眠模
式;当用户对手机进行操作时,通过相应的中断唤醒主cpu,使手机恢复正常工作模式,处理完响应的事件后迅速进入空闲模式或睡眠模式。

2.2.2关闭空闲的外设控制器和外设

在硬件系统的架构中,可以看到,主cpu通过相应的接口,外接了很多外部设备,例如lcd、摄像机、irda(红外适配器)、蓝牙、音频编解码器、功率放大器等设备。当智能手机处于正常工作模式时,对处于空闲状态的外设,可以通过主cpu的gpio口,控制给外设供电的LDO或者dc/dc电源芯片,通过关闭外设的供电电源芯片,以达到关闭外设的目的。特别是对于大功耗的外设,必须对其进行可靠的关闭。对于一些正在工作的外设,如音频编解码器,通过设置内部的寄存器,关闭芯片内部不使用的通道、功率放大器、d/a转换器等,以降低这些器件工作时的功耗。

对于主cpu的各种接口控制器,一般不会全部用到,即使智能手机处于正常工作模式下,在不同运行状态,各种接口控制器的使用状况也是不同的;接口控制器没有处于工作状态,如不将其关闭,仍会消耗电流。对于主cpu来说,各外设接口控制器的电流消耗[2]如下:nandflash为2.9ma;lcd为5.8ma;usbhost为0.4ma;usb驱动器为2.9ma;定时器为0.5ma;sdi为1.9ma;uart为3.6ma;rtc为0.功率电感器4ma;a/d转换器为0.4ma;iic为0.6ma;iis为0.5ma;spi为0.5ma。

在图1所示的智能手机硬件架构中,spi接口、usbhost接口没有使用,因此可以通过设置spcono和hccontrol寄存器永扁平线圈电感远地关闭spi和usbhost接口,这样可以节省0.9(0.5+0.4)ma的电流。当智能手机处于正常工作状态下,可以对空闲的接口控制器进行关闭,以进一步降低智能手机的功耗,还可以防止总线上倒灌电流的影响。

2.3接口驱动电路的低功耗设计

当选择智能手机外围芯片如sdram、lcd、摄像机、音频编解码器等器件时,除了要考虑其性能外,还必须考虑其正常工作时的功耗。在设计接口电路时,必须考虑以下几个因素:

2.3.1上拉电阻/下拉电阻的选取

软件优化是一个很重要的工作,可以大大提高软件运行时的效率和降低软件运行时的功耗。例如指令的重排,在不影响指令执行结果的情况下,可以消除由于装载延迟、分支延迟、跳转延迟等引起的指令流水线的失效[5]。如表1所示的arm汇编,把指令转变成二进制编码后,不同之处就是各个寄存器操作数的二进制编码不同。 1

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