低功耗手持多媒体终端硬件平台研究[1]

  摘要：通过选择低功耗器件，特别是高效率DC/DC变换器，合理进行电路板布线，优化结构级设计，进行系统级功率管理，从而延长电池工作时间。根据多媒体终端的要求，选择了许多新工艺器件，极大地降低了系统功耗。

  关键词：低功耗 OMAP1510 能源效率 DC/DC变换器

  手机、PDA等手持设备对图像、音频处理能力的要求日益提高，同时要求设备的体积、重量越来越小。这些设备一般靠单节可充电锂电池作为电源。因而提高处理能力，降低系统功耗以延长电池工作时间是手持设备的重要研究课题[1]。

  参考文献[1]讨论了低功耗的系统设计技术，特别强调减小电容，缩减不必要的开关行为，降低电压和频率。外部器件间的连接通常比片上连接电容更大。实验证明10%～40%的能量消耗在总线多工器驱动器上。应减少输出，尽量使用片上资源。单纯降低频率并不能降低功耗，因为完成同样的任务需要更长的时间。降低电压会导致性能降低，通过增加并行器件来弥补。选择低电压的CMOS芯片，芯片内各个功能模块应能分别进行低功耗的管理。CMOS器件的功耗主要分两类：静态功耗和动态功耗。运态功耗依赖于工作频率，静态功耗与工作频率无关。偏置电流（Pb）和泄漏电流（Pl）引起静态功耗，短路电流（Psc）和动态功耗（Pd）是由电路的开关行为引起的。器件总功耗P可以表示为：

  P=Pd+Psc+Pb+Pl

  Pd=Caff V2 f

  Ceff= C

  上式中，V和f分别是器件工作电压和频率，Ceff是等效的开关电容，C是允放电电容，是活跃性加权因子，表示电路状态发生改变的概率。CMOS器件功耗的85～90%是动态功耗，而动态功耗与工作电压的平方成正比。因此选择低电压器件能极大地降低功耗。

  1 主处理器选择

  目前在手持设备中，主要运用ARM处理。ARM处理器的优点是价格低、功耗小，特别适合各种控制功能[2]。ARM芯片采用冯·诺依曼结构，指令、数据地址存储统一编址，使用单一的32位数据总线传送指令和数据。这种体系结构使ARM控制功能较强，媒体处理速度较慢，适合人机接口和通信协议。为了提高媒体处理能力，INTEL在PXA250 Xscale芯片上增加了协处理器，用来进行乘累加。TI的OMAP1510芯片内部集成了一个ARM925核及一个C55X核。ARM工作频率高达175MHz。C55X采用哈佛结构，具有程序总线、三条读数据总线和二条写数据总线。C55X具有两个硬件乘累加单元、两个ALU，还有用于DCT/IDCT、运动估计、1/2像素内插的硬件加速器。工作电压1.6V，视频高达到200MHz。C55x指令集从8～48比特，改善了代码密度，减少了存储器访问次数。

[1]  [2]  [3]