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低功耗手多媒體終端硬件平臺的研究
摘要：通過選擇低功耗器件，特別是高效率DC/DC變換器，合理進行電路板布線，優(yōu)化結(jié)構(gòu)級設(shè)計，進行系統(tǒng)級功率管理，從而延長電池工作時間。根據(jù)多媒體終端的要求，選擇了許多新工藝器件，極大地降低了系統(tǒng)功耗。關(guān)鍵詞：低功耗 OMAP1510 能源效率 DC/DC變換器
手機、PDA等手持設(shè)備對圖像、音頻處理能力的要求日益提高，同時要求設(shè)備的體積、重量越來越小。這些設(shè)備一般靠單節(jié)可充電鋰電池作為電源。因而提高處理能力，降低系統(tǒng)功耗以延長電池工作時間是手持設(shè)備的重要研究課題[1]。
參考文獻[1]討論了低功耗的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，特別強調(diào)減小電容，縮減不必要的開關(guān)行為，降低電壓和頻率。外部器件間的連接通常比片上連接電容更大。實驗證明10%～40%的能量消耗在總線多工器驅(qū)動器上。應(yīng)減少輸出，盡量使用片上資源。單純降低頻率并不能降低功耗，因為完成同樣的任務(wù)需要更長的時間。降低電壓會導致性能降低，通過增加并行器件來彌補。選擇低電壓的CMOS芯片，芯片內(nèi)各個功能模塊應(yīng)能分別進行低功耗的管理。CMOS器件的功耗主要分兩類：靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。運態(tài)功耗依賴于工作頻率，靜態(tài)功耗與工作頻率無關(guān)。偏置電流(Pb)和泄漏電流（Pl）引起靜態(tài)功耗，短路電流(Psc)和動態(tài)功耗(Pd)是由電路的開關(guān)行為引起的。器件總功耗P可以表示為：
P=Pd+Psc+Pb+Pl
Pd=Caff V2 f
Ceff= C
上式中，V和f分別是器件工作電壓和頻率，Ceff是等效的開關(guān)電容，C是允放電電容，是活躍性加權(quán)因子，表示電路狀態(tài)發(fā)生改變的概率。CMOS器件功耗的85～90%是動態(tài)功耗，而動態(tài)功耗與工作電壓的平方成正比。因此選擇低電壓器件能極大地降低功耗。
1 主處理器選擇
目前在手持設(shè)備中，主要運用ARM處理。ARM處理器的優(yōu)點是價格低、功耗小，特別適合各種控制功能[2]。ARM芯片采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，指令、數(shù)據(jù)地址存儲統(tǒng)一編址，使用單一的32位數(shù)據(jù)總線傳送指令和數(shù)據(jù)。這種體系結(jié)構(gòu)使ARM控制功能較強，媒體處理速度較慢，適合人機接口和通信協(xié)議。為了提高媒體處理能力，INTEL在PXA250 Xscale芯片上增加了協(xié)處理器，用來進行乘累加。TI的OMAP1510芯片內(nèi)部集成了一個ARM925核及一個C55X核。ARM工作頻率高達175MHz。C55X采用哈佛結(jié)構(gòu)，具有程序總線、三條讀數(shù)據(jù)總線和二條寫數(shù)據(jù)總線。C55X具有兩個硬件乘累加單元、兩個ALU，還有用于DCT/IDCT、運動估計、1/2像素內(nèi)插的硬件加速器。工作電壓1.6V，視頻高達到200MHz。C55x指令集從8～48比特，改善了代碼密度，減少了存儲器訪問次數(shù)。
2 最小單片機
[1] [2] [3]
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