如何有效地管理嵌入式系统,尤其是移动终端的电源功耗,是一个很有价值的课题。动态电源管理DPM(Dynamic Power, Management)技术提供一种操作系统级别的电源管理能力,包含CPU工作频率和电压,外部总线时钟频率,外部设备时钟/电源等方面的动态调节、管理功能。通过用户层制定策略与内核提供管理功能交互,实时调整电源参数而同时满足系统实时应用的需求,允许电源管理参数在短时间的空闲或任务运行在低电源需求时,可以被频繁地、低延迟地调整,从而实现更精细、更智能的电源管理。
1 动态电源管理原理
CMOS电路的总功耗是活动功耗与静态功耗之和。当电路工作或逻辑状态转换时会产生活动功耗,未发生转换时晶体管漏电流会造成静态功耗:
式中C为电容,fc为开关频率,Vdd为电源电压,IQ为漏电流。C·Vdd·fc为活动功耗;VddIQ为静态功耗。在操作系统级的电源管理设计实现中,重点是活动功耗。从中可以得出几种管理活动功耗的方法:
①电压/时钟调节。通过降低电压和时钟来减少活动功耗和静态功耗。
②时钟选通。停止电路时钟,即设fc为O,让Pactive为0。将时钟从不用的电路模块断开,减少活动功耗。许多CPU都有“闲置”或“停止”指令,一些处理器还可通过门控关闭非CPU时钟模块,如高速缓存、DMA外设等。
③电源供应选通。断开电路中不使用的模块电源供应。这种方法需要考虑重新恢复该模块的代价。
断开不使用的模块的时钟和电源供应可以减少电源消耗,但要能够正确预测硬件模块的空闲时期。因为重新使能硬件模块时钟和电源会造成一定延迟,不正确的预测将导致性能下降。