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        TI DSP應用系統低功耗設計方案

        作者: 時間:2011-07-05 來源:網絡 收藏

        電源管理器 API

        表 4 對運行時應用編程接口進行了匯總。

        函 數

        功 能

        PWRM_changeSetpoint

        對最新的 V/F 設定點進行初始化更改

        PWRM_configure

        為 PWRM 設置新的配置參數

        PWRM_getCapabilities

        在該平臺上獲取有關 PWRM 性能的信息

        PWRM_getCurrentSetpoint

        獲取當前的有效設定點

        PWRM_getNumSetpoints

        獲取該平臺上可用設定點的數量

        PWRM_getSetpointInfo

        獲取設定點的相應頻率及電壓值

        PWRM_getTransitionLatency

        獲取兩個設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

        功 能

        PWRM_changeSetpoint

        對最新的 V/F 設定點進行初始化更改

        PWRM_configure

        為 PWRM 設置新的配置參數

        PWRM_getCapabilities

        在該平臺上獲取有關 PWRM 性能的信息

        PWRM_getCurrentSetpoint

        獲取當前的有效設定點

        PWRM_getNumSetpoints

        獲取該平臺上可用設定點的數量

        PWRM_getSetpointInfo

        獲取設定點的相應頻率及電壓值

        PWRM_getTransitionLatency

        獲取兩個設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

        注冊可在發生特定功耗事件時進行調用的函數

        PWRM_sleep

        轉換至新的睡眠狀態

        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

        戰略實施

        由于已經建立了提高電源效率的基礎,下一步工作就應該進行戰略定義,以便開發應用,并充分利用 OS 中的部分技術及支持。

        所建議的策略包括以下 11 個步驟。該戰略具有可重復性:
        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用電源預算時,就可重復訪問這些步驟。

        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,并進行相應的硬件測試;
        4. 針對電源管理和測量設計具備鉤子機制的 HW;
        5. 構建可大幅提高工作效率的 SW;
        6. 啟用簡單的電源管理“開/關機切換”特性;
        7. 在無需電源管理的情況下也可率先進入工作;
        8. 重復開啟“開機”特性,并測量功耗開銷 (payoff);
        9. 開啟代碼生成優化功能、重置代碼及數據,并調整 “熱點” 監測;
        10. 進行校準,以實現頻率及電壓的最小化;
        11. 激活所有的電源管理特性,并進行相應部署。

        表 5 對上述戰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用上述策略。

        表 5. 應用開發的詳細策略

        音頻應用范例

        選用現成的 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 內核與總體系統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,在評估效果時應謹記由于其易于配置,所以 EVM 上測量的總體系統電源數量就應多于通常情況下部署的平臺。EVM 還能以 DSP 內核級與系統級兩種方法測量各種技術的有效性。

        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的效果(如片上與片外存取的內核及系統電源、DMA 與 CPU 傳輸的比較、空閑外設及時鐘域的作用等等)。

        架構

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

        圖 2. 音頻應用

        音頻信號經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。立體聲音頻數據通過 RxSplit 任務與 Processing Task(正在處理的任務)分離為兩個數據流。DIP 開關用于選擇 G726 編碼/解碼處理或簡單音量控制。兩個通道隨后在 TxJoin 任務中組合,然后輸出至揚聲器。

        Control(控制)任務被周期性觸發,檢查 DIP 開關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)。根據應用模式的不同,Control(控制)任務可能會檢查 CPU 負載,如果合適還會更改 V/F 設定點。

        與電源相關的關鍵設計決定包括:

        1. 使用 OS 線程及阻塞原語 (blocking primitive) 空閑時鐘;
        2. 使用 DMA 提高后臺數據 (background data) 傳輸效率。在 DMA 塊中完成傳輸(而不是每次數據采樣都從串行端口導入或讀出)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動程序設定鉤子機制,當應用進入深度睡眠模式時關斷編解碼器;
        5. 在音頻質量下降前使用校準功能恢復設定點頻率(及電壓);
        6. 使用電源管理器的時鐘適應功能,使周期函數在頻率縮放后繼續以特定速率工作;
        7. 使用 DSP 再引導間的電源管理器“深度睡眠”接口。

        結論

        總體效果總結如表 6 所示。前后模式的主要差異用黑體表示。

        設置

        DSP 內核 (mW)

        DSP 節省 (%)

        電路板 (mW)

        電路板節省 (%)

        1. CPU 工作頻率為 192MHz、電壓為1.6v
        均為片外代碼
        降低引導功耗功能:關閉
        空閑環路:域處于活動狀態

        207.8

        --

        2219

        --

        2. CPU 工作頻率為192MHz、電壓為 1.6v
        均為片上代碼
        降低引導功耗:關閉
        空閑環路:域處于活動狀態

        203.3

        2.17

        1789


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

        155.2


        1663

        25.1

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

        99.5


        1605

        27.7

        5. DSP 處于深度睡眠(完全空閑)狀態
        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 級節電效果較小,但板級節電達到 19%。
        • 模式 #3 包括一些引導時間節電配置(如關閉 DSP 的 CLKOUT 信號、未用計時器的自動空閑配置以及關閉板上 LED)及在 BIOS 空閑環路中的閑置,從而可實現25% 的 DSP 內核級節電。
        • 模式 #4 為設定點在 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 52% 的 DSP 內核級節電。
        • 模式 #5 為應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斷、設定點支持以最小電壓最大頻率快速啟動驅動、DSP 處于門控鐘深度睡眠模式,該模式下的待機功耗僅為 361μW。

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

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


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        關鍵詞: DSP 低功耗

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