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            TI DSP應(yīng)用系統(tǒng)低功耗設(shè)計方案

            作者: 時間:2011-07-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            電源管理器 API

            表 4 對運行時應(yīng)用編程接口進行了匯總。

            函 數(shù)

            功 能

            PWRM_changeSetpoint

            對最新的 V/F 設(shè)定點進行初始化更改

            PWRM_configure

            為 PWRM 設(shè)置新的配置參數(shù)

            PWRM_getCapabilities

            在該平臺上獲取有關(guān) PWRM 性能的信息

            PWRM_getCurrentSetpoint

            獲取當前的有效設(shè)定點

            PWRM_getNumSetpoints

            獲取該平臺上可用設(shè)定點的數(shù)量

            PWRM_getSetpointInfo

            獲取設(shè)定點的相應(yīng)頻率及電壓值

            PWRM_getTransitionLatency

            獲取兩個設(shè)定點之間比例縮放的時延

            PWRM_idleClocks

            使特定時鐘域立即進入空閑模式

            函 數(shù)

            功 能

            PWRM_changeSetpoint

            對最新的 V/F 設(shè)定點進行初始化更改

            PWRM_configure

            為 PWRM 設(shè)置新的配置參數(shù)

            PWRM_getCapabilities

            在該平臺上獲取有關(guān) PWRM 性能的信息

            PWRM_getCurrentSetpoint

            獲取當前的有效設(shè)定點

            PWRM_getNumSetpoints

            獲取該平臺上可用設(shè)定點的數(shù)量

            PWRM_getSetpointInfo

            獲取設(shè)定點的相應(yīng)頻率及電壓值

            PWRM_getTransitionLatency

            獲取兩個設(shè)定點之間比例縮放的時延

            PWRM_idleClocks

            使特定時鐘域立即進入空閑模式

            PWRM_registerNotify

            注冊可在發(fā)生特定功耗事件時進行調(diào)用的函數(shù)

            PWRM_sleep

            轉(zhuǎn)換至新的睡眠狀態(tài)

            PWRM_releaseDependency

            解除此前聲明的資源依賴性

            PWRM_setDependency

            聲明對電源的可管理資源具有依賴性

            PWRM_unregisterNotify

            未注冊來自 PWRM 的事件通知

            表 4. 電源管理運行時 API 的匯總

            戰(zhàn)略實施

            由于已經(jīng)建立了提高電源效率的基礎(chǔ),下一步工作就應(yīng)該進行戰(zhàn)略定義,以便開發(fā)應(yīng)用,并充分利用 OS 中的部分技術(shù)及支持。

            所建議的策略包括以下 11 個步驟。該戰(zhàn)略具有可重復(fù)性:
            當無法滿足電源管理目標,也就是說需要采用額外的運行時方案才能滿足應(yīng)用電源預(yù)算時,就可重復(fù)訪問這些步驟。

            1. 從初始就考慮到電源效率;
            2. 選擇組件;
            3. 對電源進行建模和估測,并進行相應(yīng)的硬件測試;
            4. 針對電源管理和測量設(shè)計具備鉤子機制的 HW;
            5. 構(gòu)建可大幅提高工作效率的 SW;
            6. 啟用簡單的電源管理“開/關(guān)機切換”特性;
            7. 在無需電源管理的情況下也可率先進入工作;
            8. 重復(fù)開啟“開機”特性,并測量功耗開銷 (payoff);
            9. 開啟代碼生成優(yōu)化功能、重置代碼及數(shù)據(jù),并調(diào)整 “熱點” 監(jiān)測;
            10. 進行校準,以實現(xiàn)頻率及電壓的最小化;
            11. 激活所有的電源管理特性,并進行相應(yīng)部署。

            表 5 對上述戰(zhàn)略進行了非常詳盡的匯總說明。我們將在下文討論如何高效應(yīng)用上述策略。

            表 5. 應(yīng)用開發(fā)的詳細策略

            音頻應(yīng)用范例

            選用現(xiàn)成的 評估板 5509A EVM PLUS 板作為測試平臺,該評估板不僅支持 V/F 縮放 ,還包含針對 DSP 內(nèi)核與總體系統(tǒng)電源測量的鉤子機制。

            需要注意的是,EVM 作為易于使用的評估平臺,并未在出廠時提供最佳功耗配置。另外,在評估效果時應(yīng)謹記由于其易于配置,所以 EVM 上測量的總體系統(tǒng)電源數(shù)量就應(yīng)多于通常情況下部署的平臺。EVM 還能以 DSP 內(nèi)核級與系統(tǒng)級兩種方法測量各種技術(shù)的有效性。

            步驟 1 無需解釋。步驟 2 及 4 基本上都由這種特殊 EVM 完成,這充分表明了該平臺的廣泛適用性。步驟 3(試驗)在 EVM 上進行,目的是測量各種技術(shù)的效果(如片上與片外存取的內(nèi)核及系統(tǒng)電源、DMA 與 CPU 傳輸?shù)谋容^、空閑外設(shè)及時鐘域的作用等等)。

            架構(gòu)

            應(yīng)用范例如圖 2 所示。如欲獲得該應(yīng)用的詳細信息(包括獨立的應(yīng)用手冊及源代碼),請查閱參考資料 15。

            圖 2. 音頻應(yīng)用

            音頻信號經(jīng)過采樣通過多信道緩沖串行端口 (McBSPs) 回放到 DSP。DSP DMA 引擎向McBSP 輸入或讀出采樣信號。立體聲音頻數(shù)據(jù)通過 RxSplit 任務(wù)與 Processing Task(正在處理的任務(wù))分離為兩個數(shù)據(jù)流。DIP 開關(guān)用于選擇 G726 編碼/解碼處理或簡單音量控制。兩個通道隨后在 TxJoin 任務(wù)中組合,然后輸出至揚聲器。

            Control(控制)任務(wù)被周期性觸發(fā),檢查 DIP 開關(guān)以確定是否需要進行模式切換(如改變處理模式或進入睡眠狀態(tài))。根據(jù)應(yīng)用模式的不同,Control(控制)任務(wù)可能會檢查 CPU 負載,如果合適還會更改 V/F 設(shè)定點。

            與電源相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計決定包括:

            1. 使用 OS 線程及阻塞原語 (blocking primitive) 空閑時鐘;
            2. 使用 DMA 提高后臺數(shù)據(jù) (background data) 傳輸效率。在 DMA 塊中完成傳輸(而不是每次數(shù)據(jù)采樣都從串行端口導(dǎo)入或讀出)后即中斷 CPU;
            3. 使用共享的外部時鐘控制串行端口(無需對串行端口進行重新編程,即可進行 DSP CPU 的頻率縮放);
            4. 注冊回叫以便為編解碼器驅(qū)動程序設(shè)定鉤子機制,當應(yīng)用進入深度睡眠模式時關(guān)斷編解碼器;
            5. 在音頻質(zhì)量下降前使用校準功能恢復(fù)設(shè)定點頻率(及電壓);
            6. 使用電源管理器的時鐘適應(yīng)功能,使周期函數(shù)在頻率縮放后繼續(xù)以特定速率工作;
            7. 使用 DSP 再引導(dǎo)間的電源管理器“深度睡眠”接口。

            結(jié)論

            總體效果總結(jié)如表 6 所示。前后模式的主要差異用黑體表示。

            設(shè)置

            DSP 內(nèi)核 (mW)

            DSP 節(jié)省 (%)

            電路板 (mW)

            電路板節(jié)省 (%)

            1. CPU 工作頻率為 192MHz、電壓為1.6v
            均為片外代碼
            降低引導(dǎo)功耗功能:關(guān)閉
            空閑環(huán)路:域處于活動狀態(tài)

            207.8

            --

            2219

            --

            2. CPU 工作頻率為192MHz、電壓為 1.6v
            均為片上代碼
            降低引導(dǎo)功耗:關(guān)閉
            空閑環(huán)路:域處于活動狀態(tài)

            203.3

            2.17

            1789


            3. CPU 工作頻率為192MHz、電壓為1.6v
            均為片上代碼
            降低引導(dǎo)功耗:開啟
            空閑環(huán)路:域處于空閑狀態(tài)

            155.2


            1663

            25.1

            4. CPU 工作頻率為144MHz、電壓為 1.4v
            均為片上代碼
            降低引導(dǎo)功耗:開啟
            空閑環(huán)路:域處于空閑狀態(tài)

            99.5


            1605

            27.7

            5. DSP 處于深度睡眠(完全空閑)狀態(tài)
            休眠前電壓值最小時頻率達到最大
            編解碼器斷電

            0.361


            1352

            表 6. 節(jié)電效果

            • 模式 #1 為基準測量,全部使用片外代碼。
            • 模式 #2 消除所有片上代碼,DSP 級節(jié)電效果較小,但板級節(jié)電達到 19%。
            • 模式 #3 包括一些引導(dǎo)時間節(jié)電配置(如關(guān)閉 DSP 的 CLKOUT 信號、未用計時器的自動空閑配置以及關(guān)閉板上 LED)及在 BIOS 空閑環(huán)路中的閑置,從而可實現(xiàn)25% 的 DSP 內(nèi)核級節(jié)電。
            • 模式 #4 為設(shè)定點在 1.4v 下降至 144MHz 時的功耗,在該模式下可進行音頻處理,同時仍能滿足實時最低要求,從而實現(xiàn) 52% 的 DSP 內(nèi)核級節(jié)電。
            • 模式 #5 為應(yīng)用處于待機模式下的功耗,該模式配置包括外部編解碼器關(guān)斷、設(shè)定點支持以最小電壓最大頻率快速啟動驅(qū)動、DSP 處于門控鐘深度睡眠模式,該模式下的待機功耗僅為 361μW。

            設(shè)計人員可根據(jù)特定應(yīng)用的要求選擇適用的技術(shù),從而更有利于支持 RTOS 集成高回報技術(shù)。借助 OS 的這種支持功能,設(shè)計人員能夠以低開銷方便安全地提高應(yīng)用電源效率。

            本文討論的電源優(yōu)化策略是一種從嵌入式項目之初即可用于降低與調(diào)節(jié)應(yīng)用功耗的通用模型。當測量功耗無法滿足要求或需要采用額外的運行時技術(shù)時,上述策略可重復(fù)使用,先期步驟也可重復(fù)進行。例如,在音頻應(yīng)用中采用這種策略,僅需幾種高回報的節(jié)電技術(shù),即可節(jié)省大量電能。


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            關(guān)鍵詞: DSP 低功耗

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