设计低能耗嵌入式系统

适当的工艺技术被选中，IC设计者具有进一步优化能效的选项。当时钟门控的概念首次推出时，仅仅粗略的应用在设计中。时钟门控技术增加了设计复杂性，因为电路设计人员要清楚特定时间内，哪一条逻辑路径需要时钟信号。

时钟分配

大多数单片机实现采用分层结构，把时钟信号和适当的电压电平分配到IC的每个部分。各功能单元(诸如指令处理块和外围设备)组成不同的组。这些组通过分离

的时钟树和电源网络提供时钟信号和电源。每个组中的时钟信号来自于一个公共时钟源，然后分频或倍乘。如果不同组需要不同的电压，则传送到每个外设组的电压

由一系列功率晶体管和电压调节器控制，现在这种做法越来越普及。

为了最大程度降低设计的复杂性，MCU使用相对简单的时钟门控策略，只要功能组中没有任何功能单元处于工作状态，整个时钟树就关闭;此种情况下，仍然允许

处于工作状态的组中，为没有执行工作的逻辑提供时钟信号。例如CPU内核中的加法器单元可以接收时钟信号，即使当前是一条分支指令。加法器单元中由时钟信

号触发的开关增加了功耗，这是通过之前所述的CV2f公式中的一个因子引起的。

设计工具和技术的改进为人们带来好处：在运行周期中，当不需要时钟信号的外围设备或功能单元不执行操作时，可以增加时钟门控的控制精度。

电压缩放可进一步节省功耗，当需要时他可为特定功能单元组提供更低的电压。为一组功能单元或外设提供适当电压的关键是使用片上电压调节器或DC-DC变换器，并且使用监视电路确保IC操作在所需电压上。

供电原则

片上电压调节器为系统设计者提供更高的灵活性，可以从电池中获得更多的电荷。例如，一个片上开关降压变换器(已经集成在Silicon Labs SiM3L1xx

系列产品上)，可以把工业电池上的3.6V电压以超过80%的转换效率转换成1.2V。许多MCU没有此功能，而使用线性元件降压到适当的电平，这造成了

巨大的浪费。在先进的技术中，当电池放电到不能再执行转换功能时，降压型稳压器可以关闭。因此电源可以在装置的整个生命周期中优化能源效率，所有这些都可

在软件控制下实现。

结论

低能耗系统设计是一个整体的设计过程，需要选择合适的硅芯片、软件和开发工具。通过掌握这些变量因素之间的关系，系统工程师可以开发出更高性能和高能效的嵌入式系统，突破电池供电型应用的诸多限制。

“从硅芯片到软件— 设计低能耗嵌入式系统”的第二部分探讨了开发人员为实现最低功耗而优化嵌入式系统时，需要考虑的软件设计原则。