智能手机的低功率损耗设计

省功率的目的这种动态控制与系统的运行状态密切相关该工作往往通过软件来实现［34］

　　2.2.1 定义不同的工作模式

　　在硬件架构中智能手机的工作模式与主CPU的工作模式密切相关为了降低功耗主CPU定义了4种工作模式：General Clock Gating mode;IDLE mode：SLEEP mode;Stop mode在主CPU主频确定的情况下智能手机中定义了对应的4种工作模式：正常工作模式（Normal）;空闲模式（Idle）;睡眠模式（Sleep）;关机模式（OFF）各种模式说明如下：

　　a）正常工作模式：主CPU工作模式为General Clock Gating mode;主CPU全速运行;时钟频率为204 MHz智能手机在这种状态下功耗最大根据不同的运行状态如播放MP3、打电话、实际测量这种模式下智能手机工作电流为200 mA左右

　　b）空闲模式：主CPU工作模式为Idle mode主CPU主时钟停止;时钟频率为204 MHz在空闲状态下键盘背关灯和LCD背光灯关闭LCD上有待机画面特定的事件可以使智能手机空闲模式进入正常工作模式如点击触摸屏、定时唤醒、按键、来电等

　　c）睡眼模式：主CPU工作模式为SLEEP mode除了主CPU内部的唤醒逻辑打开外其余全关闭;主CPU时钟为使用36.768 kHz的慢时钟除了Modem以外外设全部关闭定义短时按开机键使智能手机从睡眠模式下唤醒进入正常工作状态

　　d）关机模式：主CPU工作模式为stop mode除了主CPU泄漏电流外不消耗功率;主CPU关闭智能手机必须重新开机之后才能进正常工作模式实际测量手机在这种模式下电流为100μA

　　从以上看出智能手机在正常工作模式下的功率比空闲模式、睡眠模式下大得多因此当用户没有对手机进行操作时通过软件设置使手机尽快进入空闲模式或睡眠模式;当用户对手机进行操作时通过相应的中断唤醒主CPU使手机恢复正常工作模式处理完响应的事件后迅速进入空闲模式或睡眠模式

　　2.2.2 关闭空闲的外设控制器和外设

　　在硬件系统的架构中可以看到主CPU通过相应的接口外接了很多外部设备例如LCD、摄像机、IrDA（红外适配器）、蓝牙、音频编解码器、功率放大器等设备当智能手机处于正常工作模式时对处于空闲状态的外设可以通过主CPU的GPIO口控制给外设供电的LDO或者DC／DC电源芯片通过关闭外设的供电电源芯片以达到关闭外设的目的特别是对于大功耗的外设必须对其进行可靠的关闭对于一些正在工作的外设如音频编解码器通过设置内部的寄存器关闭芯片内部不使用的通道、功率放大器、D／A转换器等以降低这些器件工作时的功耗

　　对于主CPU的各种接口控制器一般不会全部用到即使智能手机处于正常工作模式下在不同运行状态各种接口控制器的使用状况也是不同的;接口控制器没有处于工作状态如不将其关闭仍会消耗电流对于主CPU来说各外设接口控制器的电流消耗［2］如下：NAND Flash为2.9 mA;LCD为5.8 mA;USB HOST为0.4 mA;USB驱动器为2.9 mA;定时器为0.5 mA;SDI为1.9 mA;UART为3.6 mA;RTC为0.4 mA;A／D转换器为0.4 mA;IIC为0.6 mA;IIS为0.5 mA;SPI为0.5 mA

　　在图1所示的智能手机硬件架构中SPI接口、USB HOST接口没有使用因此可以通过设置SPCONO和HcControl寄存器永远地关闭SPI和USB HOST接口这样可以节省0.9（0.5+0.4）mA的电流当智能手机处于正常工作状态下可以对空闲的接口控制器进行关闭以进一步降低智能手机的功耗还可以防止总线上倒灌电流的影响。

2.3 接口驱动电路的低功耗设计

　　当选择智能手机外围芯片如SDRAM、LCD、摄像机、音频编解码器等器件时除了要考虑其性能外还必须考虑其正常工作时的功耗在设计接口电路时必须考虑以下几个因素：

　　2.3.1 上拉电阻／下拉电阻的选取

　　软件优化是一个很重要的工作可以大大提高软件运行时的效率和降低软件运行时的功耗例如指令的重排在不影响指令执行结果的情况下可以消除由于装载延迟、分支延迟、跳转延迟等引起的指令流水线的失效［5］如表1所示的ARM汇编把指令转变成二进制编码后不同之处就是各个寄存器操作数的二进制编码不同

　　根据表1从电气性能上来看通过减小连续指令之间的汉明（Hamming）距离原代码比优化后代码的比特位变化多6次而两组代码实现同样的功能因此优化后的指令执行时的功耗小于原先指令因此系统软件完成后在保证软件功能一致的情况下通过对代码进行优化可以减小软件在执行时的功耗

　　2.3.2 对悬空引脚的处理

对于系统中CMOS器件的悬空引脚必须给予重视因为CMOS悬空的输入端的输入阻抗极高很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿而且还会导致输入端信号电平随机变化导致CPU在休眠时不断地被唤醒从而无法进入睡眠状态或其他莫名其妙的故障所以正确的方法是根据引脚的初始状态将未使用的输入端接到相应的供电电