ARM Cortex-A8嵌入式原理与系统设计

2023-11-08 理论教育版权反馈

【摘要】：在PDA类的设备中，系统在全速运行的时候远比空闲的时候少，所以可以通过设置，使CPU尽可能工作在空闲状态，然后通过相应的中断唤醒CPU，恢复到正常工作模式，处理响应的事件，然后再进入空闲模式。CPU空闲时，降低时钟频率;处于工作状态时，提高时钟频率以全速运行处理事务。

对于嵌入式系统来说，低功耗设计是许多设计人员必须面对的问题。其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电的，而且大多数嵌入式设备都有体积和质量的约束。另外，系统部件产生的热量和功耗成比例，为解决散热问题而采取的冷却措施进一步增加了系统的功耗。减少系统功耗可以从以下几个方面着手。

(1)尽量采用低电压的器件

采用单电源、低压供电可以降低功耗。双电源供电可以提供对地输出的信号，高电源电压可以提供大的动态范围，但两者的缺点都是功耗大。例如，低功耗集成运算放大器LM324，单电源电压工作范围为5~30 V，当电源电压为15 V时，功耗约为220 mW;当电源电压为10 V时，功耗约为90 mW;当电源电压为5 V时，功耗约为15 mW。可见，低电压供电对降低器件功耗的作用十分明显。因此，处理小信号的电路可以降低供电电压。

(2)降低处理器的时钟频率

处理器的功耗与时钟频率密切相关。CPU在全速运行的时候比在空闲或者休眠的时候消耗的功率大得多。省电的原则就是让正常运行模式远比空闲、休眠模式少占用时间。在PDA类的设备中，系统在全速运行的时候远比空闲的时候少，所以可以通过设置，使CPU尽可能工作在空闲状态，然后通过相应的中断唤醒CPU，恢复到正常工作模式，处理响应的事件，然后再进入空闲模式。设计系统时，如果处理能力许可，尽量降低处理器的时钟频率。另外，可以动态改变处理器的时钟，以降低系统的总功耗。CPU空闲时，降低时钟频率;处于工作状态时，提高时钟频率以全速运行处理事务。

(3)分区/分时供电技术

一个嵌入式系统的所有组成部分并非时刻在工作，基于此，可采用分时/分区的供电技术。原理是利用“开关"控制电源供电单元，在某一部分电路处于休眠状态时，关闭其供电电源，仅保留工作部分的电源。(www.chuimin.cn)

(4)编译低功耗优化技术

对于实现同样的功能，不同的软件算法，消耗的时间不同，使用的指令不同，因而消耗的功率也不同。对于使用高级语言，由于是面向问题设计的，很难控制低功耗。但是，如果利用汇编语言开发系统(如对于小型的嵌入式系统开发)，可以有意识地选择消耗时间短的指令和设计消耗功率小的算法来降低系统的功耗。

(5)软件设计采用中断驱动技术

整个系统软件设计成处理多个事件模式。在系统上电初始化时，主程序只进行系统的初始化，包括寄存器、外部设备等。初始化完成后，进入低功耗状态，然后CPU控制的设备都接到中断输入端上。当外设发生了一个事件时，产生中断信号，使CPU退出节电状态，进入事件处理状态，事件处理完成后，继续进入节电状态。

(6)延时程序设计

延时程序的设计有两种方法:软件延时和硬件定时器延时。为了降低功耗，尽量使用硬件定时器延时，一方面提高程序的效率，另一方面降低功耗。大多数嵌入式处理器在进入待机模式时，CPU停止工作，定时器可正常工作，定时器的功耗可以很低。处理器调用延时程序时，进入待机方式，定时器开始计时，时间一到，则唤醒CPU。这样一方面CPU停止工作，降低了功耗，另一方面提高了CPU的运行效率。

ARM Cortex-A8嵌入式原理与系统设计

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