消費(fèi)者對采用多媒體嵌入式處理器產(chǎn)品的需求迅速增長，這既要求提高性能又要求降低功耗。但是高性能處理必須增加計(jì)算復(fù)雜度并加快時鐘速率，如果采用權(quán)宜之計(jì)的節(jié)省功耗設(shè)計(jì)方案，是很難實(shí)現(xiàn)的。我們需要的是一種具有戰(zhàn)略意義的方法來管理功耗，以便在具體的嵌入式應(yīng)用中優(yōu)化性能與功耗的關(guān)系。利用Blackfin數(shù)字信號處理器（DSP）系列產(chǎn)品固有的動態(tài)電源管理能力，可以實(shí)現(xiàn)這樣的方法。
Blackfin DSP是定點(diǎn)、雙16位MAC或雙40位ALU數(shù)字信號處理器。它們非常適合于對功耗敏感的多媒體應(yīng)用，因?yàn)樗鼈冎С忠环N多級的電源管理方法，可以根據(jù)系統(tǒng)的需求調(diào)整性能。下面我們先來看看嵌入式系統(tǒng)中的幾個關(guān)鍵的功耗問題考慮，再看看Blackfin處理器系列如何采樣動態(tài)電源管理功能來解決這些問題。
1. 改變頻率和電壓
現(xiàn)代DSP通常適合用于采用CMOS 場效應(yīng)管（FET）開關(guān)的一種處理過程，在穩(wěn)定的狀態(tài)期間要么完全導(dǎo)通，要么完全關(guān)斷（漏電流除外）。靜態(tài)功耗（處理器空閑時的靜態(tài)功耗）通常要比動態(tài)功耗低得多，動態(tài)功耗是當(dāng)器件頻繁地開關(guān)并且電壓擺動時由于FET負(fù)載電容以極高的開關(guān)頻率充放電引起的。
在
器件的等效負(fù)載電容中存儲的電荷量（Q）等于電容乘以其兩端所存儲的電壓（也就是DSP的內(nèi)核電源電壓，Vcore），
Q = CVcore，
因?yàn)榻o此電容充電的器件電流定義為電荷對時間的變化率，即動態(tài)電流（Idyn），由下式給出
Idyn ＝ dQ/dt ＝ C（dVcore/dt）
電容器電壓隨時間的變化率dVcore/dt是電容充電速度或放電速度的一種度量。對于給定的時鐘頻率（F），因?yàn)樽羁焱瓿梢淮纬潆娀蚍烹姂?yīng)發(fā)生在一個時鐘周期內(nèi)。因此
dVcore/dt = Vcore(F)
電感廠家 Idyn = C(dVcore/dt) = CVcoreF
最后，動態(tài)功耗與Vcore×Idyn成正比，或者
Pdyn ∝ CVcore2F
因此很顯然，動態(tài)功耗與工作電壓的平方成正比，與工作頻率成正比。所以，如果降低F可以線性地降低動態(tài)功耗，而降低Vcore可以呈指數(shù)地降低功耗（見圖1）。
![改變電壓V和頻率F對功耗的影響]()
考慮圖1中的應(yīng)用組合了三種不同的DSP功能，所以它們具有完全不同的性能需求： F0(x)%201.5%20V%20300%20MHz F1(y)%201.0%20V%20100%20MHz F2(z)%201.3%20V%20225%20MHz 例如，F(xiàn)0(x)可能是一種視頻處理算法，F(xiàn)1(y)可能是某種監(jiān)視模式（其中DSP采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行很少的處理），而F2(z)可能是將壓縮視頻流送出串行端口的過程。 當(dāng)DSP長時間處于監(jiān)視活動中時，僅僅改變頻率（不改變電壓）對功耗敏感的應(yīng)用中是很有用的。也就是說，如果DSP正在等待一個外部觸發(fā)，它就不需要以最高頻率運(yùn)行。 但是，在某些電池供電應(yīng)用中，簡單地改變頻率對于節(jié)省功耗可能還不夠。例如，如果某應(yīng)用運(yùn)行了三部分的代碼，降低其中任何一部分的工作頻率都意味著這部分代碼會花更長的時間去運(yùn)行。但是如果DSP運(yùn)行時間加長的話，當(dāng)三部分代碼都完成時，消耗的總功率是一樣的。例如，如果頻率降低二分之一，代碼會執(zhí)行兩倍長的時間，所以就不能節(jié)省凈功耗。 另一方面，通過降低電壓和頻率可以節(jié)省相當(dāng)大的功耗。節(jié)省的功耗可以用下式來表征： PR/PN=(FCR/FCN)(VDDR/VDDN)2(TFR/TFN) 其中： *%20PR/PN表示降低功耗與標(biāo)稱功耗的比率 *%20FCN表示標(biāo)稱內(nèi)核的時鐘頻率 *%20FCR表示降低內(nèi)核的時鐘頻率 *%20VDDN表示標(biāo)稱內(nèi)部電源電壓 *%20VDDR表示降低內(nèi)部電源電壓 *%20TFR/表示以FCR頻率運(yùn)行的持續(xù)時間 *%20TFN表示以FCN頻率運(yùn)行的持續(xù)時間
例如，圖2示出了具有如下特性的一種情況：
* FCN = 300 MHz
* FCR = 100 MHz
* VDDN = 1.5 V
* VDDR = 1.0 V 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
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