Portable Products为低功耗设计选择理想的处理器

过去，选用低功耗CPU通常意味着需要牺牲功能、降低时钟运行速度，或需要等待新型低功耗技术的推出才能降低待机和工作功耗。现在，这种情况已得到了彻底改观，处理器产业发生了翻天覆地的变化。处理技术的不断发展，创新型芯片设计和高精度电源管理软件的不断进步，为设计人员带来了全新的低功耗处理器系列产品，使设计人员再也不用牺牲系统设计性能。当然，没有哪种产品是十全十美的，因此工程师必须认真考虑系统需求，分析不断丰富的低功耗处理器产品，选出最能满足其应用要求的解决方案。

本文对采用不同处理器架构的器件在功耗、性能、集成度、上市时间及价格等设计标准上的表现进行了比较。了解处理器信息可实现两大目标：一是帮助系统设计人员了解市场上最新的处理器类型，其中有些可能对他们而言是相对不太熟悉的新产品；二是在可选产品日趋丰富的情况下，可进一步帮他们缩小为既定设计选择最佳芯片的范围。 检验标准

表1即对采用不同低功耗处理架构的器件进行了五方面的比较，包括：功耗、性能、集成度、上市时间及价格。这五个设计标准之间都是彼此密切相关的。例如，在芯片上集成多个内核、模拟特性、大容量存储器或众多外设等多种功能有助于降低系统总功耗与成本，并显著缩短产品上市时间。但是，这样的高集成度在某种程度上又会增加功耗，并使编程更复杂，从而延长产品上市时间。

功耗

对目前众多设计而言，功耗是最重要的标准。在便携式产品中，更长的电池使用时间总是更容易获得消费者青睐。在通信基础设施应用中，功耗转换越低，热量耗散就越少，但散热组件可能会限制通道密度及其它特性。此外，有些设计对功耗有严格限制，如采用USB供电的产品或使用汽车电池的车载配件，这种应用就限定仅能有几毫瓦的运行功率。

设计师应该从系统的角度更好地认识功耗。片上外设的正确组合有助于进一步降低总体系统功耗，这不仅是因为片外器件会消耗更多的功率，还因为在PCB板上的引线之间传输数据所消耗的电力要比在器件内部传输数据所消耗的电力多得多。

就单独的器件而言，其能源效率取决于工艺技术的固有优势，不过高级处理器除了先进工艺之外，还有众多其它功能。功耗可分为两大模式：一是工作功耗，也就是数据处理期间晶体管转换与工作时的功耗；二是静态功耗，即不进行数据处理工作或工作受限以及各部件进入休眠模式等时消耗的功耗。

工作状态的电源管理可采用多种方案：

动态电压与频率缩放(DVFS)：采用DVFS技术时，软件指令可根据工作环境所需的性能降低时钟速率与电压。例如，尽管多媒体处理器ARM的运行速度可达600MHz，但并不是所有情况下都需要如此高的速率。软件可在预定义的工作性能点上做出选择，让处理器以特定速率运行。

自适应电压缩放(AVS)：芯片制造工艺会导致不同部件有着不同的性能分布，可利用这一特点来实施AVS技术。也就是说，在既定频率要求下，有些所谓热器件的产品可以较低电压实现较高性能，而冷器件则做不到这一点。在此情况下，处理器能感测其自身的性能级别，并相应调节电压，以对处理、温度及芯片衰减等方面的变化进行补偿。

动态电源转换(DPS)：该技术可确定器件某个部分是否已完成其当前任务、目前是否还需要它继续工作，以及何时可让它进入低功耗状态。

如果不进行数据处理或处理工作受限时，选定部件便可进入极低的功耗模式，系统等待唤醒事件，这时静态电源管理就会启动。通过众所周知的静态漏电管理方案来实现静态电源管理，可支持多种不同的低功耗模式，其中包括待机模式，以及关断模式。低功耗静态模式的选择取决于存储器的维持能力和／或其是否需要快速唤醒。

凭借上述特性，大多数低功耗处理器规定的待机功耗约为15mW，且峰值工作功耗低于
400mw。德州仪器公司推出的TMS320C55x等定点DSP的功耗更低，尽管集成了FFT协处理器，且存储器容量达320kB，同时还支持I／O外设，但其待机功耗仅为0.5mW，峰值工作功耗为75mW。

表1中的大多数器件均实现了低功耗特性，在功耗等级方面评级为优。表中列为良的产品性能较高，通常采用多个内核，因此功耗稍高。

性能

强大的处理能力非常重要，它可以实现全新的功能，提高单位成本或面积的通道数量，加快数据速率，增加密度，实现更高质量的压缩方法，从而实现特色化的终端产品。

在考虑产品性能时，除了MHz这一指标之外，工程师还应考虑并行处理能力。通过不同方式集成DSP、ARM或协处理器的芯片可大幅提高性能。OMAP平台就是一个很好的范例。工程师可将代码分组，分别运行在最适合的内核上。即便器件仅