DSP降耗一直是困擾設(shè)計人員的問題，現(xiàn)在新的DSP操作系統(tǒng)整合了多項功率管理功能。這些內(nèi)建功能及工具加上系統(tǒng)設(shè)計的精心部署，DSP系統(tǒng)的功耗可得到大幅度降低。

　　低功耗問題

　　在企業(yè)中，降低功耗就等同于降低開銷；在移動電子設(shè)備領(lǐng)域，就意味著更強悍的續(xù)航能力，就意味著銷量。

　　理解功率分布和芯片資源

　　在任何類型的系統(tǒng)中，降低功率的步是了解系統(tǒng)的使用方式，以及這種使用是如何影響功耗的。比如，手機大部分時間都處于等待呼叫的狀態(tài)中，實際通話的時間相當少。另一方面，MP3播放器通常不是開機處于激活運行狀態(tài)，就是處于關(guān)斷狀態(tài)。其它系統(tǒng)、線路供電系統(tǒng)以及便攜式系統(tǒng)，都有著不同的待機功耗分布和激活工作功耗分布，參見下面的圖1。

圖1：工作功耗和待機功耗

　　了解功耗分布有助于設(shè)計人員選擇一個具功率效率的處理器，因為在某些類型的應用中，DSP的基本CMOS技術(shù)可能對功耗產(chǎn)生很大的影響。先進的CMOS工藝則基于工作電壓極低的高性能晶體管。根據(jù)既定應用，可以量身定做晶體管，通過對靜態(tài)電流進行鉗位把功耗降至，或把性能提高到，盡管這樣會稍微增加泄漏電流。專門為手機這樣的待機時間很長的應用而設(shè)計的DSP，可通過低泄漏晶體管把靜態(tài)電流降至，而為總是處于激活狀態(tài)的高性能應用而設(shè)計的DSP則較青睞開關(guān)速度更快的晶體管。

　　系統(tǒng)使用還包括系統(tǒng)對各種事件的響應，以及電路接通電源時的延遲。初始上電時可能有一些延遲，而系統(tǒng)從待機模式被喚醒時，較小的延遲是可以接受的。但用戶一般都期望處于激活工作狀態(tài)的系統(tǒng)能夠即時響應，故而這時片上功能不能處于深度睡眠模式。這里有兩方面的考慮：，部分功能可以較其它功能更徹底地關(guān)斷，尤其是在待機期間，激活工作期間也如此。第二，處理器的功率模式控制能力越精細，設(shè)計人員就越能夠進行充分的功耗調(diào)節(jié)以適合系統(tǒng)的操作情況。

　　高功率效率的DSP芯片設(shè)計通過建立電源域，使應用能夠切斷不在使用中的功能的時鐘輸入，從而把所有這些因素都考慮在內(nèi)了。系統(tǒng)設(shè)計人員在考慮其產(chǎn)品的使用情況時，還需要考慮到在為各項功能提供時鐘方面，DSP能夠提供多少控制能力，或是否能夠自動處理。

　　節(jié)能DSP內(nèi)建的另一項功能是能夠調(diào)節(jié)電壓和頻率，這就為非峰值處理期間的功耗削減提供了一種重要的手段。

　　正確功率信息的獲得

　　在DSP制造方面，所需要的是模塊化的功率估算方案，即把設(shè)備劃分為若干子系統(tǒng)，然后獨立運行每一個子系統(tǒng)。一旦確定了每一個片上功能的功率值和空閑功率值，就可以通過插值法為一個功能建立一條功耗曲線。于是，在明確了每一功能的運行級別之后，可以把從各條曲線獲得的功率值累加，給出整個設(shè)備的實際功率估算值。

　　圖2是一個功率估算電子數(shù)據(jù)表，它把一個典型的DSP分解為若干個子系統(tǒng)，由用戶輸入相關(guān)參數(shù)，然后可以返回設(shè)備的功率估算值。就像這個電子數(shù)據(jù)表所顯示的，估算是否正確取決于用戶提供的信息是否反映出對系統(tǒng)使用方式的良好了解，包括數(shù)據(jù)寬度、頻率、電源電壓和使用中外設(shè)的可用帶寬的百分比等因素。 

圖2：功耗估算

　　低功耗設(shè)計

　　具有功耗意識的設(shè)計技術(shù)可以幫助DSP設(shè)計人員充分利用正確的功率估算。在系統(tǒng)級，設(shè)計人員應該精心選擇相關(guān)元件，使其數(shù)目盡可能地低。此外，設(shè)計人員還應該考慮到哪些未使用的元件可以置于省電模式，尤其是在待機期間。板級存儲器的使用也是一個功率消耗源，因為必須同時給存儲器芯片和電路板跡線供電。

　　應用應該盡可能地使用DSP的內(nèi)部存儲器，以保持片上大帶寬存儲，把外部存儲器保留用作偶爾的低速存取。片外存儲器也可以很好地完成啟動工作，但應該在啟動后被置于省電模式。為了減少存儲器中的代碼量和所取指令的數(shù)量，應該優(yōu)化軟件提升性能。更緊湊的代碼有助于更好地利用緩存和內(nèi)部指令緩沖器，而且運行速度更快，故能減少系統(tǒng)處于激活模式的時間。

　　大多數(shù)特定設(shè)備都是利用DSP的內(nèi)建硬件能力來降低功耗的。從一啟動開始，應用設(shè)備就 可以讓不使用的模塊處于空閑狀態(tài)，外設(shè)功耗只限用于那些在指定時間才需要的I/O 。應用通常在啟動時就直接控制各個模塊，稍后，DSP內(nèi)核可以后臺執(zhí)行一個循環(huán)來檢測哪些功能不需要，然后把它們關(guān)斷。如果應用采用了這些技術(shù)，芯片的睡眠模式就可以把空閑期間內(nèi)核及芯片的功耗降至。

　　若所要求的總體性能不等于設(shè)備的全部能力，則可以在啟動時就對DSP內(nèi)核電壓和頻率(V/F)進行調(diào)節(jié)。若系統(tǒng)在具有不同性能負載的應用間更替，V/F調(diào)節(jié)也可以在運行期間動態(tài)進行。要實現(xiàn)V/F調(diào)節(jié)，設(shè)計必需提供DSP外部電源電壓控制，以及內(nèi)建于后臺循環(huán)程序的軟件控制。由于頻率調(diào)節(jié)減慢內(nèi)核的運行速度，設(shè)計人員在應用設(shè)計中應該考慮到相互關(guān)聯(lián)的各個操作間的時序問題。

　　OS中的功率管理

　　不論是通過V/F調(diào)節(jié)還是通過低功耗模式來動態(tài)改變系統(tǒng)的功率要求，都需要涉及到DSP的實時操作系統(tǒng)(RTOS)。RTOS中的功率管理(PM)模塊能夠在啟動時實現(xiàn)功耗節(jié)省，并在整個系統(tǒng)上協(xié)調(diào)各個低功耗操作。

　　內(nèi)核頻率調(diào)節(jié)會影響子系統(tǒng)操作的時序，因此PM能夠在完成頻率調(diào)節(jié)之后進行時鐘調(diào)節(jié)。如果對應用來說OS時鐘不重要，或者是用戶希望節(jié)省空間，則可以不使用PM功能。此外，當線程被阻斷時，用戶還可以激活或停用自動使時鐘處于空閑狀態(tài)的PM功能。在其協(xié)調(diào)作用中，PM提供了一種用于功率事件通知的注冊功能，當特定功率管理事件發(fā)生時，客戶可以注冊通知，由于系統(tǒng)的復雜性，PM支持多個客戶端并允許客戶延遲事件的完成。

　　PM還提供了一個應用編程接口庫，可實現(xiàn)芯片的低功率技術(shù)軟件控制。通過這些API，應用能夠門控時鐘，激活睡眠模式并安全管理V/F調(diào)節(jié)設(shè)置點之間的晶體管。這些設(shè)置點作為調(diào)節(jié)參數(shù)，使V/F能夠按照正確的順序降低和提高，而且具有正確操作所必需的設(shè)置時間。

　　下面圖3顯示了設(shè)置點是如何控制V/F調(diào)節(jié)的時序的。由于電壓和頻率調(diào)節(jié)對設(shè)計中所用的DSP和電壓調(diào)節(jié)器是特定的，PM API支持設(shè)置點延遲查詢和配置，同時PM庫可被重建。

圖3：功耗調(diào)節(jié)結(jié)果

　　工具的輔助開發(fā)功能

　　要有效解決上述所有技術(shù)問題，需要一些專門為功率管理而設(shè)計的工具。類似于DSP工具開發(fā)的其它領(lǐng)域，功率優(yōu)化工具也致力于提供可視化和易于使用的優(yōu)勢，以幫助簡化系統(tǒng)分析并縮短上市時間。

　　這些工具結(jié)合DSP的嵌入式及RTOS功率管理技術(shù)，可以提供計量表、示波器波形、信道校準、測試代碼和事件觸發(fā)等等測試功能。利用這些便捷功能，設(shè)計人員可得到一個反饋機制，憑此評估各個實現(xiàn)方案對功耗的影響，終獲得一個方案。

　　圖4顯示了在設(shè)計周期中，集成的硬件和工具平臺，比如國家儀器有限公司(National Instruments)的C55x電源優(yōu)化DSP入門套件(DSK)，能夠如何以及在什么地方幫助開發(fā)人員在不同的設(shè)計環(huán)境下評估DSP的功耗，從而使是他們能夠更迅速地選定適合其系統(tǒng)的低功耗/高性能總體方案。

圖4：功耗優(yōu)化流程

　　從一開始就進行功率設(shè)計

　　功率優(yōu)化應該從開始就要進行考慮，功率分布可以為設(shè)計員提供全面的參考信息源。