97国际游戏app-第81章低功耗设计问题-大连理工大学精品课程建设工程pptx

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　　第8.1章 低功耗设计问题n n 功耗问题是近几年来人们在嵌入式系统的设计中功耗问题是近几年来人们在嵌入式系统的设计中功耗问题是近几年来人们在嵌入式系统的设计中功耗问题是近几年来人们在嵌入式系统的设计中普遍关注的难点和热点，它严重地制约着嵌入式系统普遍关注的难点和热点，它严重地制约着嵌入式系统普遍关注的难点和热点，它严重地制约着嵌入式系统普遍关注的难点和热点，它严重地制约着嵌入式系统的应用与发展的应用与发展的应用与发展的应用与发展n n 无论是在军事还是在商业贸易上的应用，相当数无论是在军事还是在商业贸易上的应用，相当数无论是在军事还是在商业贸易上的应用，相当数无论是在军事还是在商业贸易上的应用，相当数量的嵌入式系统一般是由电池来供给电能的，而且大量的嵌入式系统一般是由电池来供给电能的，而且大量的嵌入式系统一般是由电池来供给电能的，而且大量的嵌入式系统一般是由电池来供给电能的，而且大多数嵌入式设备都有体积和质量的约束减少电能消多数嵌入式设备都有体积和质量的约束减少电能消多数嵌入式设备都有体积和质量的约束减少电能消多数嵌入式设备都有体积和质量的约束减少电能消耗，不仅能延长电池的使用寿命，延长用户更换电池耗，不仅能延长电池的使用寿命，延长用户更换电池耗，不仅能延长电池的使用寿命，延长用户更换电池耗，不仅能延长电池的使用寿命，延长用户更换电池的周期，而且能带来提高系统性能与降低系统开销的的周期，而且能带来提高系统性能与降低系统开销的的周期，而且能带来提高系统性能与降低系统开销的的周期，而且能带来提高系统性能与降低系统开销的好处，甚至能起到保护环境的作用。

　　在便携式设备中，好处，甚至能起到保护环境的作用在便携式设备中，好处，甚至能起到保护环境的作用在便携式设备中，好处，甚至能起到保护环境的作用在便携式设备中，CPUCPUCPUCPU消耗的电能越少电池的寿命就越长，同时，散发消耗的电能越少电池的寿命就越长，同时，散发消耗的电能越少电池的寿命就越长，同时，散发消耗的电能越少电池的寿命就越长，同时，散发的热量少了，所需的散热器就少了，从而可减少该设的热量少了，所需的散热器就少了，从而可减少该设的热量少了，所需的散热器就少了，从而可减少该设的热量少了，所需的散热器就少了，从而可减少该设备的花费和体积，使产品尽快进入市场的目标备的花费和体积，使产品尽快进入市场的目标备的花费和体积，使产品尽快进入市场的目标备的花费和体积，使产品尽快进入市场的目标n n 低功耗嵌入式应用系统是指以降低系统功耗为一低功耗嵌入式应用系统是指以降低系统功耗为一低功耗嵌入式应用系统是指以降低系统功耗为一低功耗嵌入式应用系统是指以降低系统功耗为一个主要性能指标的嵌入式系统如计算机里的许多芯个主要性能指标的嵌入式系统如计算机里的许多芯个主要性能指标的嵌入式系统如计算机里的许多芯个主要性能指标的嵌入式系统。

　　如计算机里的许多芯片过去用片过去用片过去用片过去用5V5V5V5V供电，现在用供电，现在用供电，现在用供电，现在用3.3V3.3V3.3V3.3V、1.8V,1.8V,1.8V,1.8V,并提出了绿色并提出了绿色并提出了绿色并提出了绿色电器的概念电器的概念电器的概念电器的概念1 18.1.1 低功耗设计应用的意义1、低功耗设备的要求1 1 1 1）首先要求体积小、重量轻、便于携带）首先要求体积小、重量轻、便于携带）首先要求体积小、重量轻、便于携带）首先要求体积小、重量轻、便于携带2 2 2 2）采用低功耗电路的设计方法，以降低系统的功耗）采用低功耗电路的设计方法，以降低系统的功耗）采用低功耗电路的设计方法，以降低系统的功耗）采用低功耗电路的设计方法，以降低系统的功耗它除了选用各种低功耗的器件和芯片外，还在满它除了选用各种低功耗的器件和芯片外，还在满它除了选用各种低功耗的器件和芯片外，还在满它除了选用各种低功耗的器件和芯片外，还在满足速度等性能指标的前提下，进行降低功耗的硬足速度等性能指标的前提下，进行降低功耗的硬足速度等性能指标的前提下，进行降低功耗的硬足速度等性能指标的前提下，进行降低功耗的硬件电路设计和软件设计。

　　件电路设计和软件设计件电路设计和软件设计件电路设计和软件设计3 3 3 3）有的系统应用在交流供电比较困难，甚至无法用）有的系统应用在交流供电比较困难，甚至无法用）有的系统应用在交流供电比较困难，甚至无法用）有的系统应用在交流供电比较困难，甚至无法用交流供电的场合，因而各种电池（瓶）就成为其交流供电的场合，因而各种电池（瓶）就成为其交流供电的场合，因而各种电池（瓶）就成为其交流供电的场合，因而各种电池（瓶）就成为其主要供电手段主要供电手段主要供电手段主要供电手段4 4 4 4）采用）采用）采用）采用LCDLCDLCDLCD液晶显示器液晶显示器液晶显示器液晶显示器5 5 5 5）采用）采用）采用）采用RS232CRS232CRS232CRS232C串行通信接口串行通信接口串行通信接口串行通信接口6 6 6 6）采用微功耗、高抗干扰的）采用微功耗、高抗干扰的）采用微功耗、高抗干扰的）采用微功耗、高抗干扰的CMOSCMOSCMOSCMOS集成电路集成电路集成电路集成电路2 22.降低功耗的措施综述1)1)功耗产生的原因功耗产生的原因n nP=U*I3 3 与功耗有关的因素:（1 1）电阻上消耗的功率）电阻上消耗的功率（2 2）有源器件的开关转换阶段）有源器件的开关转换阶段（3 3）集成电路内部和外部电容的充放电）集成电路内部和外部电容的充放电（4 4）系统的性能指标、负载能力、被处理信号的）系统的性能指标、负载能力、被处理信号的工作频率、电路的工作频率、电源的管理水平、工作频率、电路的工作频率、电源的管理水平、零部件的性能、散热条件、接口的物理性能等零部件的性能、散热条件、接口的物理性能等对系统功耗起着重要的作用。

　　对系统功耗起着重要的作用4 42)降低功耗的措施n n功耗的组成：动态功耗的组成：动态+静态静态n n动态电源管理动态电源管理动态电源管理动态电源管理n n动态电压缩放动态电压缩放动态电压缩放动态电压缩放n n低功耗硬件设计低功耗硬件设计低功耗硬件设计低功耗硬件设计n n低功耗软件设计低功耗软件设计低功耗软件设计低功耗软件设计5 53)元件工艺的低功耗1.1.1.1.在集成电路设计中采用低功耗的电路设计在集成电路设计中采用低功耗的电路设计在集成电路设计中采用低功耗的电路设计在集成电路设计中采用低功耗的电路设计2.2.2.2.电源设计电源设计电源设计电源设计3.3.3.3.存储器存储器存储器存储器(SDRAM(SDRAM(SDRAM(SDRAM、ROM)ROM)ROM)ROM)的高速化与低功耗的高速化与低功耗的高速化与低功耗的高速化与低功耗4.4.4.4.高集成度的完全单片化设计高集成度的完全单片化设计高集成度的完全单片化设计高集成度的完全单片化设计5.5.5.5.内部电路可选择性地工作内部电路可选择性地工作内部电路可选择性地工作内部电路可选择性地工作6.6.6.6.宽电源电压范围宽电源电压范围宽电源电压范围宽电源电压范围7.7.7.7.具有高速和低速两套时钟具有高速和低速两套时钟具有高速和低速两套时钟具有高速和低速两套时钟8.8.8.8.在线改变在线改变在线改变在线改变CPUCPUCPUCPU的工作频率的工作频率的工作频率的工作频率9.9.9.9.后备功能后备功能后备功能后备功能(idle,power-down)(idle,power-down)(idle,power-down)(idle,power-down)10.10.10.10.使用低功耗的元件使用低功耗的元件使用低功耗的元件使用低功耗的元件6 68.1.2 硬件系统的低功耗设计n n嵌入式系统的功耗主要由以下嵌入式系统的功耗主要由以下3 3部分组成：部分组成：（1 1 1 1）嵌入式处理器的功耗）嵌入式处理器的功耗）嵌入式处理器的功耗）嵌入式处理器的功耗（2 2 2 2）存储器的功耗）存储器的功耗）存储器的功耗）存储器的功耗（3 3 3 3）外部设备的功耗）外部设备的功耗）外部设备的功耗）外部设备的功耗7 7 n n1 1、选择低功耗的器件、选择低功耗的器件n nCMOSCMOSCMOSCMOS电路的特点和选用电路的特点和选用电路的特点和选用电路的特点和选用n n不用的引脚的处理不用的引脚的处理不用的引脚的处理不用的引脚的处理-输出为高原则输出为高原则输出为高原则输出为高原则n n选用高速低频工作方式选用高速低频工作方式选用高速低频工作方式选用高速低频工作方式n n与电磁兼容性矛盾与电磁兼容性矛盾与电磁兼容性矛盾与电磁兼容性矛盾n n选用低功耗的处理器选用低功耗的处理器选用低功耗的处理器选用低功耗的处理器n n选用低功耗的通信收发器选用低功耗的通信收发器选用低功耗的通信收发器选用低功耗的通信收发器(网络功能）网络功能）网络功能）网络功能）n n选用低功耗的存储器件选用低功耗的存储器件选用低功耗的存储器件选用低功耗的存储器件n n2 2 2 2、选择低功耗的电路形式、选择低功耗的电路形式、选择低功耗的电路形式、选择低功耗的电路形式n n集成化的电路有利于降低功耗集成化的电路有利于降低功耗集成化的电路有利于降低功耗集成化的电路有利于降低功耗n n集成化器件比分离件功耗低集成化器件比分离件功耗低集成化器件比分离件功耗低集成化器件比分离件功耗低n n降低晶振电路的工作频率降低晶振电路的工作频率降低晶振电路的工作频率降低晶振电路的工作频率n n会降低系统的性能会降低系统的性能会降低系统的性能会降低系统的性能8 8 n n3 3、单电源、低电压供电模拟器件、单电源、低电压供电模拟器件n n例：运算放大器例：运算放大器LM324LM324，其单电源电压工作范围，其单电源电压工作范围为为5-30V5-30V，当电源电压为，当电源电压为15V15V时，功耗约为时，功耗约为220mW220mW；当电源电压为；当电源电压为10V10V时，功耗约为时，功耗约为90mW90mW；当电源；当电源电压为电压为5V5V时，功耗约为时，功耗约为15mW15mW。

　　低电压供电对于减低电压供电对于减低器件电流消耗的作用十分明显低器件电流消耗的作用十分明显n n缺点：降低了系统的动态范围缺点：降低了系统的动态范围缺点：降低了系统的动态范围缺点：降低了系统的动态范围n n数字器件数字器件数字器件数字器件n n降低电源电压，一般不会有性能影响降低电源电压，一般不会有性能影响降低电源电压，一般不会有性能影响降低电源电压，一般不会有性能影响n n4 4、分区供电降低功耗、分区供电降低功耗n n5 5、传感器分时供电、传感器分时供电9 9 n n6 6 6 6、电源管理单元的设计考虑、电源管理单元的设计考虑、电源管理单元的设计考虑、电源管理单元的设计考虑（1 1 1 1）全速工作：消耗的功率最大）全速工作：消耗的功率最大）全速工作：消耗的功率最大）全速工作：消耗的功率最大（2 2 2 2）空闲方式）空闲方式）空闲方式）空闲方式n n处理器的工作停止处理器的工作停止处理器的工作停止处理器的工作停止n n可以响应中断可以响应中断可以响应中断可以响应中断n n可以通过中断退出可以通过中断退出可以通过中断退出可以通过中断退出（3 3 3 3）掉电方式）掉电方式）掉电方式）掉电方式不响应中断，只能复位退出。

　　不响应中断，只能复位退出不响应中断，只能复位退出不响应中断，只能复位退出1010 7 7、降低处理器的时钟频率降低处理器的时钟频率1111 8、降低系统的持续工作电流降低系统的持续工作电流 在一些机电系统设计中，尽量使系统在一些机电系统设计中，尽量使系统在状态转换时消耗电流，在维持工作时刻在状态转换时消耗电流，在维持工作时刻不消耗电流例如不消耗电流例如ICIC卡水表、煤气表等，卡水表、煤气表等，在打开和关闭开关时给相应的机构上电，在打开和关闭开关时给相应的机构上电，开关的开和关状态通过机械机构保持，而开关的开和关状态通过机械机构保持，而不通过电流保持，可以进一步降低电能的不通过电流保持，可以进一步降低电能的消耗消耗12128.1.3 软件系统的低功耗设计1 1、编译低功耗优化技术不同的指令执行的时间不、编译低功耗优化技术不同的指令执行的时间不同，消耗的功率不同采用编译优化：同，消耗的功率不同采用编译优化：（1 1 1 1）代码大小）代码大小）代码大小）代码大小（2 2 2 2）执行时间）执行时间）执行时间）执行时间（3 3 3 3）节省功率）节省功率）节省功率）节省功率目前实现起来比较困难目前实现起来比较困难目前实现起来比较困难目前实现起来比较困难 2 2、硬件软件化、硬件软件化n n只要是硬件电路，必然消耗功率只要是硬件电路，必然消耗功率只要是硬件电路，必然消耗功率只要是硬件电路，必然消耗功率n n方案方案方案方案硬件完成的工作由软件实现：信号的抗干扰处理、硬件完成的工作由软件实现：信号的抗干扰处理、硬件完成的工作由软件实现：信号的抗干扰处理、硬件完成的工作由软件实现：信号的抗干扰处理、滤波等滤波等滤波等滤波等1313 3 3、尽量减少处理器的工作时间、尽量减少处理器的工作时间n n 嵌入式系统中，嵌入式系统中，CPUCPU的运行时间对系统的运行时间对系统的功耗影响极大，故应尽可能的缩短的功耗影响极大，故应尽可能的缩短CPUCPU的的工作时间，较长地处于空闲方式或掉电方工作时间，较长地处于空闲方式或掉电方式是软件设计降低单片机系统功耗的关键。

　　式是软件设计降低单片机系统功耗的关键在开机时靠中断唤醒在开机时靠中断唤醒CPUCPU，让它尽量在短时，让它尽量在短时间内完成对信息或数据的处理，然后就进间内完成对信息或数据的处理，然后就进入空闲或掉电方式，在关机状态下让它完入空闲或掉电方式，在关机状态下让它完全进入掉电方式，用定时中断、外部中断全进入掉电方式，用定时中断、外部中断或系统复位将它唤醒或系统复位将它唤醒n n 这种设计软件的方法是所谓的事件驱这种设计软件的方法是所谓的事件驱动的程序设计方法动的程序设计方法1414 4 4、采用快速的算法、采用快速的算法n n 数字信号处理中的运算，采用如数字信号处理中的运算，采用如数字信号处理中的运算，采用如数字信号处理中的运算，采用如FFTFFTFFTFFT和快速卷和快速卷和快速卷和快速卷积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；积等，可以大量节省运算时间，从而减少功耗；n n在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数在精度允许的情况下，使用简单函数代替复杂函数作近似，也是减少功耗的一种方法。

　　作近似，也是减少功耗的一种方法作近似，也是减少功耗的一种方法作近似，也是减少功耗的一种方法5 5、通信系统中提高通信的波特率、通信系统中提高通信的波特率n n 在多机通信中，通过对通信模块的合理设计，在多机通信中，通过对通信模块的合理设计，在多机通信中，通过对通信模块的合理设计，在多机通信中，通过对通信模块的合理设计，尽量地提高传送的波特率（即每秒钟串行口传送的尽量地提高传送的波特率（即每秒钟串行口传送的尽量地提高传送的波特率（即每秒钟串行口传送的尽量地提高传送的波特率（即每秒钟串行口传送的数据位数）提高通信速率，意味着通信时间的缩短数据位数）提高通信速率，意味着通信时间的缩短数据位数）提高通信速率，意味着通信时间的缩短数据位数）提高通信速率，意味着通信时间的缩短n n发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用发送、接收均应采用外部中断处理方式，而不采用查询方式查询方式查询方式查询方式1515 6 6、数据采集系统中尽量降低采集的速率、数据采集系统中尽量降低采集的速率n nA/DA/D转换需要消耗功率，采集的速度快，则转换需要消耗功率，采集的速度快，则n n消耗的功率多消耗的功率多消耗的功率多消耗的功率多n n产生的数据量大，处理数据需要大量的产生的数据量大，处理数据需要大量的产生的数据量大，处理数据需要大量的产生的数据量大，处理数据需要大量的CPUCPUCPUCPU时间，时间，时间，时间，消耗功率消耗功率消耗功率消耗功率n n数据处理，抗干扰处理等数据处理，抗干扰处理等数据处理，抗干扰处理等数据处理，抗干扰处理等n n数据的传输需要消耗功率数据的传输需要消耗功率数据的传输需要消耗功率数据的传输需要消耗功率1616 7 7、软件设计成中断驱动方式、软件设计成中断驱动方式1717 8、使用睡眠方式n n 许多许多MPUMPU设有低功耗模式，即睡眠方式设有低功耗模式，即睡眠方式（SLEEP)SLEEP)。

　　使用使用MPUMPU的睡眠方式可以减少单片的睡眠方式可以减少单片机的工作时间，降低处理机的功耗机的工作时间，降低处理机的功耗n n 便携式智能仪器在较长时间不进行测量采便携式智能仪器在较长时间不进行测量采样和数据处理时，可以让样和数据处理时，可以让MPUMPU执行一条执行一条“SLEEP”“SLEEP”指令，进入低功耗模式指令，进入低功耗模式18189、静态显示n nLEDLED显示方式显示方式n n静态静态静态静态n n需要的电路多需要的电路多需要的电路多需要的电路多n n电路消耗功率电路消耗功率电路消耗功率电路消耗功率n n动态动态动态动态n n需要软件刷新扫描需要软件刷新扫描需要软件刷新扫描需要软件刷新扫描n n刷新操作消耗功率刷新操作消耗功率刷新操作消耗功率刷新操作消耗功率n n综合计算，选择方案综合计算，选择方案综合计算，选择方案综合计算，选择方案19198.1.4 电池供电系统设计n n使用电池的考虑使用电池的考虑n n工作电压范围多大？工作电压范围多大？工作电压范围多大？工作电压范围多大？n n电流消耗速率为多少？电流消耗速率为多少？电流消耗速率为多少？电流消耗速率为多少？n n是否有尺寸约束？是否有尺寸约束？是否有尺寸约束？是否有尺寸约束？n n系统将使用多长时间？系统将使用多长时间？系统将使用多长时间？系统将使用多长时间？n n可以承受的电池价格是多少？可以承受的电池价格是多少？可以承受的电池价格是多少？可以承受的电池价格是多少？n n系统在什么温度范围工作？系统在什么温度范围工作？系统在什么温度范围工作？系统在什么温度范围工作？2020关于电池供电系统+45+55+70+70+50+45+502121谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH。

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