中心議題：

• DSP電源管理技術
• 內部變量測量
• 電源優化技術

解決方案：

• 將測量數據連同製造商的數據通過適當運算進行估算
• 采用深度休眠模式、動態電壓和頻率縮放等技術
• 將半導體公司提供的軟件與虛擬儀表廠商提供的硬件進行集成

 
許多電池供電的手持係統都要求具備數字信號處理功能，設計這種產品時，我們必須高度重視功耗問題。

選擇具備所有必需的計算能力且還能滿足設計功耗要求的DSP
，使設計要麼取得顯著成功，要麼徹底失敗，設計小組不得不進行昂貴的再設計。

不過，大多數設計工程師已經痛苦地了解到，傳統DSP功耗估算方法最多也隻能獲得近似值，因此我們需要用軟件來管理功耗並估算功耗的新技術。

數據表不夠用

以前，設計小組選擇處理器時首先要查看備選DSP的數據表。以mA/MIP或mA/MHz為單位的測量值通常與芯片的最大IDD配套提供。幾乎所有數據表都提供上述信息。

上述數據的問題在於
，功耗很大程度上取決於應用本身，而數據表中的統計數據往往不能完全符合實際應用。

半導體公司認識到上述問題
，通常隻給出基本情況，供估算功耗數值參考。舉例來說，常見的TIDSP會給出以下工作情況：CPU執行75%雙MAC和25%ADD，數據總線活動適中（正弦波形圖表）。CPU及CLKGEN(DPLL)域處於工作狀態中。

除chu非fei設she計ji小xiao組zu的de應ying用yong情qing況kuang與yu上shang述shu描miao述shu一yi致zhi
，否fou則ze數shu據ju表biao中zhong的de數shu據ju僅jin用yong於yu比bi較jiao同tong一yi製zhi造zao商shang推tui出chu的de類lei似si芯xin片pian。事shi實shi上shang，其qi他ta半ban導dao體ti公gong司si很hen可ke能neng會hui在zai不bu同tong情qing況kuang下xia測ce量liang功gong耗hao。

還有一些情況會使得數據表上的數據更加值得懷疑，這對那些麵臨嚴格功耗限製的設計人員提出了更嚴峻的挑戰。DSP是複雜的芯片，其包括休眠模式和斷電模式等節電功能。上述功能會將單次估算中的誤差加以放大。

數據表未考慮到功耗實際上由兩部分組成：工作在內核電壓源上的處理器和工作在I/O電源上的外設都涉及功耗問題。設計小組希望用不同的實施方法和平台比較功耗。

由於麵臨上述挑戰
，設計小組往往需要構建原型板，並根據不同處理器、實施方法及平台等因素對功耗加以估算。上述方法盡管要花很多時間而且成本不菲，但至少還能為我們提供比較精確的數據。

變量測量

我wo們men對dui估gu算suan不bu同tong情qing況kuang及ji實shi施shi方fang法fa下xia的de功gong耗hao所suo用yong的de方fang法fa已yi經jing有you了le較jiao好hao的de了le解jie。隻zhi有you經jing過guo細xi分fen，並bing根gen據ju實shi際ji測ce量liang得de出chu的de數shu據ju才cai會hui更geng加jia有you用yong。具ju體ti過guo程cheng通tong常chang如ru下xia：

將芯片分為子係統；
獨立執行每個子係統；
用減法分析來確定每個子係統的功耗；
確定每個子係統的最大功耗及閑置功耗

；
用內插法估算子係統功耗
；
最後用疊加法估算芯片功耗。

我們通常將經測量得出的數據連同製造商給出的數據（如內核電壓）製成電子數據表，並通過適當運算進行估算。如圖1所示，右側的灰白部分即為功耗估算結果。

                   
                               圖1.電子數據表有一定的用處，但仍不能反映實際情況。

這種方法與數據表值比較法相比盡管有一定改進，但仍需進一步完善。舉例來說，我們不妨假設主要用於過濾應用的DSP，其工作時間約占20%，待機時間約占80%。

目前的DSP需要考慮到占空比問題，這有助於節電。舉例來說，芯片不工作時，電壓可降至待機數值。頻率在CMOS功耗中起主要作用，如果芯片不參與過濾工作，那麼我們就能降低頻率。
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電源優化技術

TIdengbandaotichangshangnulituichuxinpianjidianyuankongzhijishu。yiqianshejixiaozushiwufayingyongzhezhongtexingde。xianzai，shejirenyuannengtongguoruanjianfahuidianyuanyouhuajishudeyoushi。

為了說明如何實現上述工作
，我們不妨先來看看設計小組能采用哪些優化性能的方法。

在芯片自身內部，係統設計人員能采用深度休眠模式、動態電壓和頻率縮放等技術，而且還能在芯片閑置時關閉不必要的資源。

womenhainengzaixitongqidongguochengzhongjieyuedaliangdianli。tongchangshuolai，qidongguochengzhonghuikaiqisuoyouxitong，buguowomenkeyirangnaxieyingyongjiqidongguochengzhongbuyongdebufenguanbihuobaochixianzhizhuangtai。

我(wo)們(men)在(zai)軟(ruan)件(jian)代(dai)碼(ma)優(you)化(hua)時(shi)也(ye)要(yao)想(xiang)到(dao)功(gong)耗(hao)問(wen)題(ti)。通(tong)常(chang)的(de)規(gui)律(lv)是(shi)，我(wo)們(men)應(ying)以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)占(zhan)用(yong)空(kong)間(jian)集(ji)成(cheng)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)必(bi)需(xu)功(gong)能(neng)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)縮(suo)減(jian)存(cun)儲(chu)器(qi)的(de)占(zhan)用(yong)麵(mian)積(ji)。不(bu)過(guo)
，由(you)於(yu)應(ying)用(yong)不(bu)得(de)不(bu)更(geng)頻(pin)繁(fan)的(de)執(zhi)行(xing)代(dai)碼(ma)，這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)會(hui)導(dao)致(zhi)功(gong)耗(hao)的(de)加(jia)大(da)。

編寫代碼時還應減少指令存取的數量，並優化緩存和內部指令緩衝。上述措施都有助於節約DSP的工作模式時間
，並最大化閑置時間
，以此來降低頻率和電壓。

我們還能用其他技術來實現係統級控製，包括：
認真選擇組件
盡可能減少組件數量
首先采用內部存儲器來最小化芯片間的功率損耗
對於啟動或低速運算以及偶爾用到的功能采用外部存儲器
啟動後給啟動存儲器斷電
新一代電源控製技術

通tong常chang說shuo來lai，半ban導dao體ti廠chang商shang在zai芯xin片pian中zhong內nei置zhi的de節jie電dian功gong能neng會hui自zi動dong工gong作zuo，舉ju例li來lai說shuo，芯xin片pian進jin入ru閑xian置zhi狀zhuang態tai後hou電dian壓ya和he頻pin率lv就jiu會hui自zi動dong降jiang低di。不bu過guo
，我wo們men現xian在zai有you了le更geng尖jian端duan的de技ji術shu，係xi統tong設she計ji人ren員yuan現xian在zai能neng對duiDSPBIOS進行工作，從而進一步加強電源管理。

自動的電壓或頻率縮放是一種有用的特性。不過DSP的de內nei核he電dian壓ya快kuai速su變bian動dong往wang往wang會hui對dui外wai設she造zao成cheng意yi料liao不bu到dao的de影ying響xiang。操cao作zuo係xi統tong的de時shi基ji可ke能neng會hui因yin頻pin率lv變bian動dong而er受shou到dao影ying響xiang，有you些xie外wai設she驅qu動dong程cheng序xu可ke能neng需xu要yao了le解jie頻pin率lv和he電dian源yuan狀zhuang態tai的de變bian化hua，這zhe樣yang才cai能neng繼ji續xu有you效xiao工gong作zuo。

操cao作zuo係xi統tong調tiao度du程cheng序xu的de有you效xiao性xing也ye會hui因yin為wei頻pin率lv縮suo放fang而er受shou影ying響xiang。通tong常chang說shuo來lai
，係xi統tong應ying進jin行xing協xie調tiao
，以yi確que保bao安an全quan的de電dian壓ya和he頻pin率lv控kong製zhi

，適shi當dang地di進jin入ru閑xian置zhi狀zhuang態tai。

半導體廠商通過創建DSPBIOS功率調整程序庫
，可實現更高級的功耗控製，同時還能確保避免因電壓和頻率縮放而發生問題。通過GPIO引腳向外設發送消息，我們還能將上述控製技術從芯片延伸到外設。

                     
   圖2顯示了功率調整例程的實例（如下圖中的PSL），設計人員通過代碼編寫
，可從程序庫中直接調用。

我們不妨假設DSP正在運行非常複雜的算法。通常說來
，內核電壓為1.6V，頻率為200MHz，如圖2中左側藍線所示。不過
，當未運行算法時
，我們可用功率調整程序庫將頻率降至72MHz。

一般來說，內核電壓會保持為1.6V。不過我們也可用功率調整程序庫安全地將電壓降至1.2V，從而在算法不運行期間使功耗進一步降低30mW。

TI率先在其TMS320VC5509ADSP中采用功率調整程序庫，這就是本例所用的DSP。

新一代功耗估算技術

除了上述各種功耗工具的幫助之外，設計人員還需要想辦法估算整個係統的功率。解決這一問題的最新方法需要將半導體公司提供的軟件與虛擬儀表廠商（如美國國家儀器公司NationalInstruments）提供的硬件進行集成。

在采用這種方法時，開發人員可利用美國國家儀器公司提供的LabView來監控實際應用過程中芯片的執行情況。TI在數據表中提供了有關TMS320VC5509的豐富功率測試數據。

采用LabView和C55電源優化DSK(C55PowerOptimizationDSPStarterKit)
，設計小組能嚐試采用不同的實施方案，並用類似於圖3所示的GUI工具對功耗加以調節。

                   
                                         圖3.調節DSP內核
、I/O及電路板功耗。

我們可用上述工具包探索各種設計方案
，並分別測得DSP內核、DSPI/O以及包括閃存存儲器、編解碼器及其他外設在內的整個電路板的高精度功耗。

通過結合采用上述創新方法來控製芯片功耗並估算係統功耗
，設計人員能夠獲得一種功能強大的新型方法
，適用於功耗要求嚴格的DSP應用