浅析DSP应用系统中降低功耗的设计办法

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouyi_love
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:本文就TMS320系列定点DSP器件为例,介绍一些行之有效的降低功耗的设计方法。
  关键词:DSP器件 DSP运行 外围电路
  中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
  一、合理选择DSP器件
  应根据系统要求来选择合适的DSP器件。在典型的DSP应用系统中,通常其核心是由一片或多片DSP构成数据处理模块,由于系统运算量大且速度要求高,因此DSP内部的部件开关状态转换十分频繁,这使得DSP器件的功耗在应用系统的功耗中占有相当的比例,所以设计人员在进行电路低功耗设计时要熟悉DSP及其相关产品的情况。DSP器件的功耗与该系统的电源电压有关,同一系列的产品,其供电电压也可能不同,如TMS320C2XX系列中供电电压就有5V和3.3V两种,在系统功耗是系统设计首要目标的情况下,应尽可能地选择低电压供电的DSP器件。选择3.3V低电压供电的DSP除了能减小DSP本身的功耗以降低系统的总功耗外,还可以使外部逻辑电路功耗降低,这对实现系统低功耗有着重要的作用。DSP生产厂家也比较注重系统功耗的问题,德州仪器公司(TI)为实现低功耗应用系统而设计了一批新型的DSP器件,以其中的TMS32OC55X为例,C55X可以在0.9V和0.05mw/MIPS环境下运行,传输速率可达800MIPS,其功耗相当于T1上一代芯片C54X功耗的15%左右,非常适合应用于电池供电系统。此外,Tl公司还充分考虑DSP电源供电设计的问题,为支持DSP设计的TPS767D3XX将两个1—A线性稳压器和两个上电复位开关封装在一起,它不仅降低组件数量和电路板大小,使系统的成本降低,对于系统降低功耗也有重要的作用。
  TPS767D3xx在全部1—A输出范围内提供极快的瞬态响应、低压差和几乎恒定的低静态电流(典型值为85μA),压差在IA时的典型值为350mV。可以说,选择何种器件基本上就决定了系统功耗的大小。
  二、让DSP以适当的速度运行
  TMS320系列的DSP一般采用CMOS工艺,CMOS电路的静态功耗极小,而其动态功耗的大小与该电路改变逻辑状态的频率和速度密切相关。TMS320系列应用系统的功耗与工作频率即系统时钟(CLKOUTI)成正比。在不需要DSP的全部运算能力时,可以适当地降低TMS320的系统时钟频率令DSP适速运行以降低系统功耗。当时钟频率增加时,电流也相应地增加,执行同样程序代码的时间会相应缩短。例如,以1.2mA/MHz运行一段500个时钟周期代码,当CLKOUT1为1OMHz时,DSP执行该段代码用时50μs,所需电流为12mA;当CLKOUT1增加到20MHz时,所需电流增加到24mA,执行时间缩短为25μs。TMS320系列执行一段用户程序所耗能量与器件执行快慢无关,因为该能量仅仅取决于DSP器件内部逻辑状态转换的数目。如此看来,似乎DSP的功耗并未降低,那为什么不让DSP全速运行呢?原来,DSP以全速运行完代码后使用IDLE指令,进入降功耗模式后,仍然是要消耗能量的。尽管DSP全速运行和适速运行该段代码所耗电能是相同的,但是在前一种情况下,DSP在空闲状态还要消耗能量,而后一种情况,将节省这部分的能量。因此,在实际应用系统中并不需要DSP的最高古晨MIPS运算能力时,适当降低系统的时钟频率能有效地降低系统功耗。
  三、在软件设计中降低功耗
  CPU内部执行不同的指令时所消耗的电流是不同的,在软件编程时如果能充分考虑到这一因素,在允许的情况下尽可能多使用低功耗指令,可以降低系统功耗。TMS320C55X有几种降功耗模式,这些降功耗模式中最常用的是IDLE和IDLE2指令。IDLE指令将CPU内部操作挂起,但是仍保留内部各部件逻辑的时钟,允许串口等片内外设继续工作。在使用20MHz的系统时钟时,使用IDLE指令所需电流的典型值为10mA。在相同的系统时钟下,执行IDLE2指令只需要3mA的电流;若关闭内部部件的输人时钟时执行IDLE2指令,这时电流值不超过5μA,CPU所消耗的电能将大大降低。
  对诸如NOP(空操作)这类简单的指令而言,使用RTP(重复指令)将节省约12mA的电流;但是对MACD(相乘、累加及数据块移动指令)这类比较复杂而且所需电流较大的指令来说,使用重复指令反而会增加大约14mA的电流,达到90mA,这个数值是在所有数据并行处理的时候得到的,这里的并行处理是指MACD的操作数存放在不同的数据块中,对它们进行操作的时候,两块数据将被同时选中。因此为了降低系统功耗,在软件设计时应尽可能地将所要操作的数据存储在同一个数据块中,比如TMS320C209可将MACD的操作数一同存储在其片内4K的SARAM中。
  四、存储器类型对功耗的影响
  前文已经提到,在DSP器件按某一算法对数据进行处理时,DSP片内的CPU将消耗大部分的能量。但是,数据处理所在的存储环境也就是存储器的类型对系统功耗有着较大的影响。以TMS320CZXX为例,片内的存储器有单访问RAM(SARAM),双访问RAM(DARAM)和ROM三种,
  TMS320C2O6还有闪速存储器。DSP应用系统可用片内的SARAM、DARAM、ROM或片外扩展的ROM来存储用户指令代码,由于DARAM仅有256字节的容量,因此在一般情况下它被设置为数据RAM。在相同的条件下执行一段测试代码,程序在片内的ROM运行要比在SARAM中运行节省10%的能量。这是因为SARAM不能存储用户代码,断电后程序丢失,它只能将程序从ROM中加载后运行。在将代码用BLPD(从程序存储器到数据存储器的块移动)、TBLR(表读)和RPT(重复下一条指令)等指令从程序区传送到数据区的过程中要消耗部分能量,而在片内的ROM中运行代码则可节省这部分能量。执行存放在片内存储器的用户代码所耗能量要比执行存放在片外的存储器低,其原因是程序在片内ROM中运行可省去驱动外部程序存储器接口电路所需要的电流。
  五、正确处理外围电路
  外围电路包括输人和输出两部分。从输出部分来看,外部电路的驱动要消耗一部分能量,除在DSP系统中使用的逻辑电路采用CMOS器件外,應尽可能地选用低功耗的外围器件,例如系统的显示部分应选用LCD(液晶显示器)等。当外部接口中逻辑电路所用的门电路较多时,应使用单片的PAL或ASIC来完成。从输人部分来看,DSP芯片中未使用的输入引脚应接地或接电源电压,若将这些引脚悬空,在引脚上很容易积累电荷,产生较大的感应电动势,使输入引脚电位处于0与l间的过渡区域。这时反相器上、下两个场效应管都会导通,使系统功耗大大增加。
  六、结束语
  综上所述:影响SDP应用系统功耗的因素有很多方面,技术人员以后工作中判断中必须做到具体任何一个实际的应用系统,在达到设计指标的前提下应细致地对硬件、软件进行多方面的优化,从而有效地降低系统功耗。
其他文献
【摘要】:本文通过从民用建筑电气设计的角度对节能的重要性展开讨论,并且提出了几种在民用建筑电气设计中切实可行而又十分有效的节能措施。  【关键词】:民用建筑电气;节能;节能灯;功率损耗  中图分类号: TU201.5 文献标识码: A 文章编号:  一.引言  我国尽管是一个能源消耗大国,能源需求十分紧缺,但在这种情况下能源浪费的现象仍然十分严重。近年来电能作为二次能源的供需矛盾表现的越来越突出,
期刊
摘要:公路工程施工的现场管理是一项复杂的系统工程,不同的工程项目,所采取的管理措施应有所不同,作为施工单位的现场管理者要与时俱进,大胆探索新的管理思路,通过加强施工的现场管理,使工程质量、进度和效益不断得到提高。  关键词:加强;公路工程;现场管理;措施  中图分类号: TU721+.2 文献标识码: A 文章编号:  施工管理的核心是工程项目,工程项目管理的核心是现场管理,由此决定了现场管理是确
期刊
摘要: 本文作者就当前城市规划中结合可持续发展观念进行了分析,针对我国城市规划中的各种问题进行探讨,提出了相应的解决思路。  关键词:未来;城市规划;工作方向;探讨  中图分类号:TU984 文献标识码:A文章编号:     我国的城市化进程越来越快, 越来越多的人口将生活在城市地区, 具有城市生活的特点和活动。未来城市是否能健康发展,很大程度取决于应对环境的挑战和获取可持续发展。由于我国城市人口
期刊
【摘要】建筑工程行业是我国重要的经济增长行业,也是关系到居民生活水平和生活质量提高的产业之一。工程的预结算在建筑工程行业有着十分重要的作用,不仅仅关系到整个工程的整体成本,也关系到整个工程的质量,关系到建筑工程使用者的合法利益。笔者将从建筑工程建筑工程预结算审核中出现的问题开始分析,并全面深入探究工程预结算的审核管理的有效措施。  【关键词】建筑工程,概预算,控制措施,分析研究  中图分类号: T
期刊
摘要:本文主要结合笔者多年工作经验,简要的介绍了一下某个污水处理厂CAST(循环活性污泥)工艺,对其调试过程进行了总结,从理论上和实际调控中分析了该工艺的特点,并针对存在的问题提出了改进措施。    关键词:CAST工艺;工程概况;水质分析;对策  中图分类号:K826.16 文献标识码:A 文章编号:     0概述    CAST工艺主要是处理生活污水和工业废水的先进工艺之一,它是基于常规活性
期刊
摘 要:混凝土表面粗糙处理是在已凝固混凝土上浇筑新混凝土之前,所必须进行的工序。相比常規的机械式施工工艺,本文介绍了一种对混凝土表面进行化学处理,使混凝土表面粗糙的施工工艺。  关键词:混凝土表面凿毛;电锤;Preco Hydrotard  中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:   The Application of Retarder for Concrete Surface Rough
期刊
摘要:传统曳引式电梯控制器主电路采用AC/DC-DC/AC二级变换拓扑结构,AC/DC变换一般采用三相不控整流方式,电压源型整流器可通过高压大电容滤波以获得较为平滑的直流电压,但却导致了输入功率因数低、谐波分量大的缺点。本文将新颖的基于电流滞环和SVPWM技术的电压、电流双闭环电梯整流技术代替传统的二极管整流技术,先进的控制策略使电梯控制电路的网侧输入具有接近于1的功率因数和小于5%的电流总畸变率
期刊
摘要:介绍了地层压力在试井分析过程中的解释方法、分析特征及影响因素,结合实际,并讨论了对地层压力的影响程度和解决办法。  关键词:地层压力;影响因素;解释方法  中图分类号:TE34 文献标识码:A 文章编号:   地層压力是油田动态分析的参数之一,反映油藏的开采能力,在油田开发中用于描述油、水井生产状况。当油井生产处于无限大流动期时,在实际解释过程中用计算外推压力来代替地层平均压力,外推压力的确
期刊
摘要:本文主要根据笔者多年的工作实践经验,就炼钢企业的大型厂房的建筑给排水节能设计进行了分析。并提出了个人的意见,仅供同行读阅。  关键词:特点;要点分析  中图分类号:C29 文献标识码:A 文章编号:   概述  伴随着现代化城市建筑建设的快速发展,人们生活质量的要求也在不断的提高,因此对环保节能要求的也逐渐的在提高。下文对钢铁企业逐步重视其本身的节能降耗,然而新的大型工业厂房对建筑给水排水提
期刊
摘要:利用A/O工艺处理高浓度印染废水,考察了系统对COD、硫化物等的处理效果。实践证明原水COD为3600mg/L、S2-浓度180mg/L左右时,出水水质指标达到广东省污水排放一级标准,且维护简单,运行成本低。  关键词:高浓度印染废水; A/O工艺; 硫化物  Abstract: In this paper, the A/O process is used to treat the high
期刊