多媒體處理器通常是便攜式電子設備中功耗最高的器件。降低 CPU 功gong耗hao要yao求qiu的de常chang見jian方fang法fa是shi降jiang低di時shi鍾zhong頻pin率lv或huo工gong作zuo電dian壓ya
，但dan是shi一yi般ban而er言yan這zhe樣yang做zuo會hui使shi係xi統tong性xing能neng降jiang低di。另ling一yi方fang麵mian
，芯xin片pian設she計ji人ren員yuan還hai提ti出chu了le各ge種zhong片pian上shang方fang法fa來lai降jiang低di功gong耗hao，並bing且qie不bu會hui對dui係xi統tong產chan生sheng不bu利li影ying響xiang。

有源電源管理
 
片上電源管理技術主要適用於兩類應用：管理有源係統功耗和管理待機功耗。

有源電源管理分為三個部分：動態電壓與頻率縮放 (DVFS)；自適應電壓縮放 (AVS)；以及動態電源轉換 (DPS)。另一方麵，靜態功耗管理包括在需要進行更多處理以前將空閑係統維持在一種低功耗狀態。這種電源管理使用所謂的靜態漏電管理 (SLM)，其通常利用從待機到關機的數種低功耗模式。

讓我們來看一下有源模式。利用 DVFS
，根據應用所要求的不同性能，時鍾頻率和電壓在軟件中得到了降低。例如，一款包括了先進 RISC 機器 (ARM) 和數字信號處理器 (DSP) 的應用處理器
，即使 ARM 組件可以運行在高達 600 MHz 的時鍾頻率下
，但卻並非總是需要所有這些計算能力。一般而言，軟件會選擇數個預定義處理器工作性能點 (OPP)，其qi包bao括kuo確que保bao處chu理li器qi能neng夠gou運yun行xing在zai滿man足zu係xi統tong處chu理li要yao求qiu的de最zui低di頻pin率lv下xia的de電dian壓ya。在zai對dui滿man足zu不bu同tong應ying用yong要yao求qiu的de功gong耗hao進jin行xing優you化hua的de過guo程cheng中zhong
，為wei了le獲huo得de更geng大da的de靈ling活huo性xing，人ren們men為wei處chu理li器qi中zhong的de互hu連lian和he外wai設she預yu定ding義yi了le一yi個ge單dan獨du的de器qi件jian內nei核he OPP 集。

與給定的 OPP 相對應，軟件向外部穩壓器發出控製信號來設置最低電壓。例如
，DVFS 適用於兩個電壓源 VDD1（為 DSP 和 ARM 處理器供電）和 VDD2（為子係統和外設之間的互連供電），同時這些電源軌提供芯片所需的大部分電量（一般約為全部所需電量的 75% 到 80%）。通過將 DSP 處理器轉入一個 ARM 可以高達 125MHz 時鍾頻率運行的低工作性能點完成對 MP3 解碼的同時，還可以有許多剩餘電力用於完成其他任務。為了獲得具有理想功耗的這種功能性
，我們可以把 VDD1 降至 0.95V，而非保證 600 MHz 運行的 1.35V 最高電壓。

第二種有源電源管理技術即自適應電壓縮放 (AVS) 基於芯片製造和器件工作壽命期間出現的各種變化。這種技術是相對於 DVFS 的，DVFS 中所有處理器均具有相同的預編程 OPP。正如人們認為的那樣，在大多數現有製造工藝中規定頻率要求的芯片性能符合一種充分定義的電源分配。相比許多“冷”器件，一些器件（即“熱”器件）可以在較低的電壓下達到規定頻率。此時，AVS 便可以發揮作用了—處理器檢測其自有性能水平
，並相應地調節各電壓源。專用片上 AVS 硬件可實施一個反饋環路，其並不要求處理器介入，從而動態地優化電壓電平來應對處理結果
、溫度和矽芯片性能降低中的變化（請參見圖 1）。

圖 1：特定處理器的典型性能分布情況

圖 1 顯示了特定處理器的典型性能分布情況。其中
，“冷”器件要求 0.94V 電壓以實現 125 MHz 的運行
，而“熱”器件則隻需要 0.83 V 就可實現相同頻率的運行。自適應電壓縮放 (AVS) 使用一個可相應調節電源電壓的反饋環路，這樣單個器件便可以完成特定處理任務所需的頻率運行了。

運行中

，軟件為每一個 OPP 安排 AVS 硬件
，同時控製算法通過一條 I2C 總線向外部穩壓器發送命令
，逐步遞增降低相應穩壓器的輸出

，直到該處理器剛好超出目標頻率要求為止。
例如，開發人員可以在一個適合於所有情況的電壓下並以 0.95V 的 125 MHz 頻率為目標開始進行設計（上麵圖 1 所示的 V1）。但是，如果一個使用 AVS 的“熱”器件被插入該係統
，那麼該片上反饋機製就會自動地將電壓降至 ARM
，即 0.85V 或更低（上麵圖 1 所示的 V2）。

前兩種有源電源管理方法可獲得理想速度下運行器件局部所需的最低工作電壓。相比之下

，第三種方法動態電源轉換 (DPS) 可確定器件何時完成其當前計算任務
，如果當前並不需要，則將器件切換到低功耗狀態（請參見圖 2）。例如，在等待 DMA 傳輸完成時，處理器進入低功耗狀態。喚醒時，處理器可以在數微秒時間內迅速返回到正常狀態。

圖2：動態電源轉換

無源電源管理
 
DPS 隻能將多媒體片上係統 (SoC) 的某一部分切換至低功耗狀態

，而在許多情況下將整個器件都切換至低功耗狀態是頗具現實意義的（無論是無應用程序運行時自動切換，還是根據用戶要求切換）。為了達到這一目標，我們可以運用了靜態漏電管理 (SLM)，其qi被bei用yong於yu啟qi動dong待dai機ji或huo關guan機ji模mo式shi。一yi個ge關guan鍵jian的de區qu別bie在zai於yu，在zai待dai機ji模mo式shi下xia該gai器qi件jian可ke維wei持chi內nei部bu存cun儲chu器qi和he邏luo輯ji電dian路lu的de狀zhuang態tai，而er在zai關guan機ji模mo式shi下xia所suo有you係xi統tong狀zhuang態tai均jun被bei存cun入ru外wai部bu存cun儲chu器qi中zhong。利li用yong SLM 後
，喚醒時間比冷啟動要短得多，因為程序已經被加載到外部存儲器，並且用戶不必等待整個操作係統 (OS) 重新啟動。媒體播放器可能會是運用 SLM 的一個例子：在沒有處理任務也沒有用戶輸入的狀態下持續 10 秒鍾後
，媒體播放器便關閉顯示器，並進入待機或關機模式。

例如，具有 ARM Cortex-A8 內核的 TI OMAP35x 單芯片處理器器件便可實施關機模式—器qi件jian可ke自zi動dong喚huan醒xing的de一yi種zhong最zui低di功gong耗hao模mo式shi。除chu喚huan醒xing域yu外wai，所suo有you功gong耗hao域yu均jun處chu於yu關guan閉bi狀zhuang態tai。這zhe樣yang，僅jin在zai喚huan醒xing域yu中zhong有you一yi定ding的de功gong耗hao，並bing且qie所suo消xiao耗hao電dian量liang來lai自zi於yu I/O 漏電流。係統時鍾被關閉的情況下
，喚醒域以 32 kHz 獨立運行。OMAP35x 還hai會hui自zi動dong將jiang信xin號hao發fa送song給gei外wai部bu穩wen壓ya器qi，隨sui後hou穩wen壓ya器qi在zai這zhe種zhong深shen度du睡shui眠mian狀zhuang態tai下xia被bei關guan閉bi。處chu理li器qi中zhong的de存cun儲chu器qi或huo邏luo輯ji電dian路lu並bing未wei被bei維wei持chi。在zai進jin入ru關guan機ji模mo式shi之zhi前qian，係xi統tong狀zhuang態tai被bei存cun入ru外wai部bu存cun儲chu器qi中zhong；一次喚醒後複位以後，微處理器單元 (MPU) 跳至用戶定義功能


，SDRAM 控製器配置從暫時存儲器中得到恢複。

通用技術
 
將jiang前qian麵mian所suo述shu電dian源yuan管guan理li技ji術shu結jie合he起qi來lai使shi用yong，我wo們men便bian能neng以yi一yi種zhong最zui佳jia的de方fang法fa來lai處chu理li各ge種zhong運yun行xing情qing況kuang。當dang便bian攜xie式shi多duo媒mei體ti播bo放fang器qi的de係xi統tong活huo動dong級ji別bie較jiao高gao時shi，例li如ru：觀看高分辨率視頻等，則可以在 VDD1 上設置過度驅動 OPP；對於要求中等水平功耗的網頁瀏覽而言

，此時可為 VDD1 和 VDD2 設置正常的 OPP；聽音樂的功耗要求相對較低，可為 VDD1 和 VDD2 設置最低的 OPP。所有這些例子中

，都可以激活 AVS 來降低“熱”器件和“冷”器件之間的功耗差異。最後


，如果用戶保持媒體播放器開啟閑置數小時或幾天時間，則可以使用 SLM 來自動地將該設備轉入關機模式。

為了更好地理解運用這些特性所帶來的節能效果，請看下列幾種情況。除特別注明外，下列例子均未使用 TI 的 AVS/SmartReflex 技術。在這些描述中，IVA 是指影像
、視頻以及音頻加速器或子係統。

第 1 種情況：關機模式—0. 590 mW。這是一種最低功耗模式
，TI 的 OMAP 3 可從該模式中自動喚醒。在這種模式下，整個器件（喚醒域除外）均處於關閉狀態，喚醒域以低於 32 kHz 的頻率運行。閑置穩壓器被關閉（VDD1 = VDD2 = 0），SDRAM 自刷新
，並且在喚醒時特定啟動順序會恢複 SDRAM 控製器和係統狀態。

第 2 種情況：待機模式—7 mW。這種器件狀態下
，喚醒域處於運行狀態，而其他所有非喚醒功耗域則處於低功耗維持狀態（VDD1 = VDD2 = 0.9V）。所有邏輯電路和存儲器得以維持。AVS 處於關閉狀態。

第 3 種情況：音頻解碼—22 mW（不包括 DPLL 和 IO 功耗）。盡管 ARM 以 125 MHz 運行，但是在其進入睡眠模式後 ARM 僅允許 DMA 從多媒體卡讀取輸入數據。IVA 對 MP3 幀（44.1 kHz、128k bps 立體聲）進行解碼，並將解碼後的數據發送至位於 SDRAM 中的緩衝器。一個片上多通道緩存串行端口將數據發送給音頻編解碼器進行回放。至於係統配置，DSP 以 90 MHz 運行
，並且在無需為處理提供循環 (cycle) 時轉入低功耗狀態以達到節能的目的。此時，VDD1 = 0.9V

，而 VDD2 = 1V。

第 4 種情況：音頻/視頻編碼—540 mW（不包括 DPLL 和 IO 功耗）。在這種情況下
，采集音頻並對其進行編碼（48 kHz 的 AACe+，32k bps 立體聲），采集視頻並對其進行編碼（20 幀/秒的 H.264 VGA 分辨率
，2.4 Mbsp）
，並且對二者進行了存儲。與此同時，視頻被顯示出來。這種配置中，ARM 以 500 MHz 運行
，DSP 以 360 MHz 運行，VDD1 = 1.2V，而 VDD2=1.15V。一個片上攝像頭子係統也會對來自外部傳感器的視頻輸入進行采集，多通道緩存串行端口對音頻 PCM 輸入進行采集，IVA 對視頻和音頻進行編碼，編碼後的數據被存儲至多媒體卡中
，而顯示子係統則對視頻進行旋轉處理，並將其發送至 LCD 和 TV 輸出接口。

圖 3：高級穩壓器芯片整合了多個單獨開關穩壓器和低壓降線性穩壓器

圖 3 高級穩壓器芯片整合了多個單獨開關穩壓器和低壓降線性穩壓器，可滿足 OMAP35x 處理器處理各種電壓域的要求。