基于AVS技術(shù)實現(xiàn)多媒體手機處理器的節(jié)能最大化
美國國家半導(dǎo)體公司 Netnarin(Joy)Taylor
摘要： 隨著越來越多的媒體內(nèi)容以及高速數(shù)據(jù)率的出現(xiàn),，如何在多媒體手機中進行高速處理,，同時節(jié)省能量以延長電池壽命正成為挑戰(zhàn),。AVS等先進的電源管理技術(shù)可以大幅度降低數(shù)字處理的能耗,，從而延長設(shè)備運行時間,，增強用戶體驗,。利用這些先進的節(jié)能技術(shù)無需再每隔數(shù)小時就要為電池充電,，延長了手機通話時間,、游戲時間或視頻時間,。因此,，這些技術(shù)上的進步讓我們能享受到更多的移動業(yè)務(wù)。
Abstract：
Key words :
隨著高數(shù)據(jù)率基礎(chǔ)設(shè)施在全球范圍的不斷擴張,，以及多媒體設(shè)備的日益普及,，多功能手機像以語音為主的手機一樣幾乎一直處于使用狀態(tài),，但需要依賴于電池的容量。試設(shè)想當前用戶可以在各自設(shè)備上進行的所有功能操作,，例如下載/共享/收聽音樂,、下載/共享照片、玩游戲以及通過互聯(lián)網(wǎng)進行影視觀賞和餐館訂位等等,，而這些正逐漸成為一種全天候的生活方式,，因此需要設(shè)備具備更長的運行時間來支持。
用戶體驗對終端用戶而言十分重要,，而且網(wǎng)絡(luò)運營商和內(nèi)容提供商同樣依賴這些新的多媒體功能及其擴展業(yè)務(wù)進行創(chuàng)收,，故電池壽命受限意味著贏收受限。
目前的功率轉(zhuǎn)換效率已超過90%,，效率的進一步提升對整體的影響將很小,。因此，有必要采用新技術(shù)進行系統(tǒng)級能量管理,。如果處理器能夠根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)頻率,，同時結(jié)合能根據(jù)頻率來降低電壓的功率管理技術(shù)，就可以顯著降低能耗,，相應(yīng)延長了運行時間,。
電壓調(diào)節(jié)
電壓調(diào)節(jié)和節(jié)能的概念可以通過數(shù)字系統(tǒng)的能耗公式來表述：
E={(CVDD2f)+(VDDILEAK)}t
這里動態(tài)項包括C(電路電容)、VDD(電源電壓)和f(時鐘頻率),；靜態(tài)項由數(shù)字門電路的ILEAK(泄漏電流)決定,。從該式可看出，為什么在數(shù)字電路中采用常用的節(jié)能技術(shù)可通過降低處理引擎的頻率(f)和電壓(VDD)以最終能減少能量消耗,。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)是兩種常用的電壓調(diào)節(jié)技術(shù),。圖1顯示了DVS和AVS實現(xiàn)的節(jié)能情況。
什么是DVS 和 AVS,？
DVS是一種開環(huán)方案,，通過預(yù)特征削減或利用電壓-頻率查找表來調(diào)節(jié)電壓和頻率。這些電壓必須足夠高以維持所有器件和溫度范圍內(nèi)的功能性,。雖然這種開環(huán)方案可以節(jié)省相當可觀的能量,，但無法實現(xiàn)所有可能的能量節(jié)約。
AVS是一種閉環(huán)方案,，在盡可能降低電源電壓的同時仍能及時完成任務(wù),。DVS把電源電壓調(diào)節(jié)到固定的預(yù)特征值，而忽略了進程,、溫度和電源的變化,。AVS則在確定最佳電源電壓時把所有這些因素都考慮在內(nèi)，以確保能耗最小化。
圖1：對比固定電壓工作模式,，DVS和AVS技術(shù)實現(xiàn)的節(jié)能情況
AVS 的工作原理
AVS是一種系統(tǒng)級解決方案,，可以對SoC中的各個處理引擎的電源電壓進行獨立的自動控制，從而降低數(shù)字SoC解決方案的能耗,。AVS把可綜合的與先進微控制器總線架構(gòu)(AMBA)兼容的內(nèi)核,，以及先進功率控制器(APC)嵌入在SoC中，如圖2所示,。
APC 使系統(tǒng)能在目標SoC上實現(xiàn)動態(tài)電壓調(diào)節(jié)或全自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié),。APC通過與供電系統(tǒng)的相互作用，在保持峰值效率的同時減少電源需求,，以確保當前SoC時鐘頻率下的電源電壓得到最小化,，從而將數(shù)字邏輯能耗降至最低。
APC利用三個接口連接系統(tǒng)的其余部分：兼容AMBA的主機接口,，時鐘管理單元(CMU)接口，以及開放式標準PowerWise接口(PWI),。主機接口用來控制和配置APC2,，而CMU接口用來協(xié)調(diào)電壓和頻率的變化。
PWI 是一種簡單而快速(高達15MHz)的兩引腳串行接口,，是專門為滿足AVS及DVS要求而設(shè)計的,，并具有廣泛的編程選項以適應(yīng)多用途應(yīng)用。最新的PWI 2.0標準支持同一條總線上的多個SoC和外設(shè),。PWI接口用于與外部能量管理單元(EMU)進行功率管理信息的通信,，或是控制其它外設(shè)。
圖2：AVS實現(xiàn)方案
本文小結(jié)
隨著越來越多的媒體內(nèi)容以及高速數(shù)據(jù)率的出現(xiàn),，如何在多媒體手機中進行高速處理,，同時節(jié)省能量以延長電池壽命正成為挑戰(zhàn)。AVS等先進的電源管理技術(shù)可以大幅度降低數(shù)字處理的能耗,，從而延長設(shè)備運行時間,，增強用戶體驗。利用這些先進的節(jié)能技術(shù)無需再每隔數(shù)小時就要為電池充電,，延長了手機通話時間,、游戲時間或視頻時間。因此,，這些技術(shù)上的進步讓我們能享受到更多的移動業(yè)務(wù),。
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