基于ARM的嵌入式计算机系统的低功耗设计与实现

图3所示为12V到5V转换电路的转换效率图，如图所示当输入为12V，输出为5V时，转换效率约为77％(ILOAD=3A)，差不多为线性稳压器转换效率的一倍。

在嵌入式计算机系统的电源部分设计选择了DC／DC转换电路(LM7256S)将12V转换为5V，12V转换为3．3V供系统使用，这种处理方式有效的节约了能源，降低了整机的功耗。

4 软件的低功耗设计与实现
4．1 动态设置时钟频率
对于已经搭建好的硬件系统来说，系统已经定型，从硬件设计上已不能做更多的考虑，这时我们只能从软件入手来实现系统的低功耗设计。而对于软件的低功耗设计最切实可行的就是实现动态电源管理，所谓动态的电源管理就是在系统运行期间通过对系统的时钟或电压的动态控制来达到节省功率的目的，这种动态控制是与系统的运行状态密切相关的。
在嵌入式计算机系统中，软件设计上动态地通过设置时钟频率来降低系统的功耗，换句话说就是为系统选取合适的工作模式。系统采用的微处理器是ARM处理器PX270，PXA270处理器的内部的各种频率都是通过外部晶振频率经内部锁相环(PLL)倍频后产生的，可通过内部的寄存器设置各种工作频率来控制功耗。PXA270处理器共有四种工作模式：正常模式、空闲模式、休眠模式、待命模式，各种模式的功耗如表1所示。

由表1可见，PXA270在全速运行的时候比在空闲或者休眠的时候消耗的功率大得多。省电的原则就是让正常运行模式远比空闲、休眠模式少占用时间。在嵌入式计算机系统中，系统在全速运行的时候远比空闲的时候少，所以设计上可通过设置使PXA270尽可能工作在空闲状态，然后通过相应的中断唤醒PXA270恢复到正常工作模式，处理响应的事件，然后再进入空闲模式。这样的软件设计方式可尽可能地降低系统的功耗。
4．2 动态控制外设控制寄存器
PXA270处理器提供的接口控制器很多，如ADC、I2C、I2S、LCD、Flash、Timer、UART、SPI、USB等，实际应用中只使用了部分功能，ADC、I2C、I2S和SPI都没有用到，为节省系统功耗，需动态地关注这些接口控制器的状态，及时关闭不需要的外设控制器，因为若不将不用的接口控制器关闭，即使它们没有处于工作状态，仍然会消耗电流。软件通过CLKCON寄存器的设置，关闭不需要的功能模块，经测量可节省2mA的电流。另外，动态关闭一些仍然需要的外设控制器来进一步节省能量。
如在空闲模式下，PXA270内核停止运行，我们还可以进一步关闭一些其他的外设控制器，如USB、SDI、FLASH等，只要保证唤醒PXA270的
I／O控制器正常工作即可，如通过UART唤醒，则UART控制器不能被关闭。等到PXA270被唤醒后，再将USB、SDI、Flash等控制器打开。
上述的软件低功耗设计的两种方式，一种是通过改变了系统的时钟频率，另一种是通过控制外设控制器的开关来达到节约能量的目的。除此之外，同时可通过动态改变处理器的电压和频率来进一步节省功率，我们选择的PXA270微处理器就加入了Intel Speed Step动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下，最大限度地降低嵌入式计算机系统的功耗。

5 结束语
嵌入式计算机系统的低功耗设计，本身就是理论和设计实践相结和的问题，要降低功耗，系统中各个环节都不容忽视，这也是一个不断优化的过程。本文的设计中综合考虑各种可能的因素、条件和状态，对各种细节进行认真的斟酌和分析，取得了较为满意的效果，达到降低系统功耗的目的。该设计已在产品应用，性能稳定，功耗较低。