嵌入式系统低功耗的设计
嵌入式系统中的低功耗设计策略
嵌入式系统中的低功耗设计策略在嵌入式系统中，低功耗设计一直是一个重要的课题。
随着移动互联网的迅速发展和智能设备的普及，对于嵌入式系统的功耗要求也越来越高。
低功耗设计不仅可以延长嵌入式系统的使用时间，还可以降低系统的发热量，提高系统的稳定性和可靠性。
因此，如何在设计阶段合理降低系统的功耗，成为了设计工程师们必须面对的一个挑战。
首先，在嵌入式系统中实施低功耗设计策略时，可以从硬件设计和软件设计两个方面进行考虑。
在硬件设计方面，采用低功耗的微处理器和低功耗芯片是提高整体系统功耗效率的关键。
选择适合的电源管理芯片并在设计中合理布局供电线路，可以有效减少功耗的消耗。
此外，通过合理设计系统的时钟频率和使用低功耗组件也是低功耗设计的重要手段。
其次，对于软件设计而言，优化软件算法和程序结构是减少系统功耗的有效途径。
在编写程序时，尽量避免频繁的访问外设和传输数据，可以有效减少系统的功耗。
同时，合理控制系统的进程调度和休眠策略，避免程序长时间运行或者在系统空闲时进入休眠模式，也是保证系统低功耗的必备措施。
另外，在嵌入式系统中，尽量利用硬件加速器来减少系统功耗也是一个有效策略。
通过合理设计硬件加速器的功能和使用场景，可以将部分高功耗任务交给硬件加速器来完成，减轻处理器的计算压力，从而降低系统功耗。
此外，采用合适的传输协议和数据压缩技术，也可以有效减少系统在数据传输时的功耗消耗。
最后，为了实时监测系统功耗情况，可以在系统中集成功耗监测模块，随时监控系统各组件的功耗情况。
通过实时监测系统的功耗消耗情况，可以及时发现系统中存在的功耗瓶颈和问题，从而采取相应措施进行优化，保证系统的最佳功耗状态。
综上所述，嵌入式系统中的低功耗设计策略涉及多个方面，包括硬件设计、软件设计、利用硬件加速器、传输协议选择以及功耗监测等各个环节。
只有在全面考虑各个方面的因素并采取相应措施的情况下，才能够确保嵌入式系统在功耗上取得最佳性能，满足用户对于低功耗和高性能的需求。
嵌入式系统中的功耗优化方法
嵌入式系统中的功耗优化方法嵌入式系统已经成为现代科技发展中不可或缺的关键技术。
在嵌入式系统的设计中，功耗优化是一个至关重要的方面。
随着嵌入式设备越来越普及，对电池寿命和能源消耗的需求也越来越高。
因此，开发人员需要采取一系列的方法来降低系统的功耗。
本文将介绍一些嵌入式系统中常用的功耗优化方法。
首先，一种常见的功耗优化方法是动态电压频率调整（DVFS）。
通过降低处理器的工作电压和频率，可以显著降低功耗。
这种方法的关键是在不降低系统性能的前提下，根据应用程序的需求动态地调整处理器的电压和频率。
这种方法可以根据不同的应用负载来平衡性能和功耗之间的关系。
第二种常见的功耗优化方法是系统睡眠和唤醒的管理。
嵌入式系统通常由一些低功耗的处理器、传感器和外设组成。
当系统处于闲置状态时，通过将处理器和其他外设置于睡眠状态可以显著降低功耗。
此外，通过优化系统的唤醒机制，可以尽可能地减少唤醒次数，进一步降低功耗。
这种方法可以通过重新设计系统的电源管理策略来实现，从而在保持系统响应能力的同时降低功耗。
第三种功耗优化方法涉及对系统中的任务进行调度和优化。
通过合理的任务调度，可以减少处理器的运行时间，从而降低功耗。
例如，使用优先级调度算法可以确保高优先级的任务在低优先级任务之前完成，从而减少处理器的空闲时间。
此外，可以采用一些优化算法来将任务分配给不同的处理器，以提高系统的并行度和利用率。
通过对任务进行调度和优化，可以显著提高系统的功耗效率。
第四种常见的功耗优化方法是使用低功耗电子元件和器件。
在嵌入式系统的设计中，选择低功耗的电子元件和器件是至关重要的。
例如，采用低功耗的处理器和传感器可以有效降低功耗。
此外，选择低功耗的存储器和其他外设也可以进一步降低系统的功耗。
这种方法需要对系统进行全面的电子元件和器件的选型，并在设计阶段充分考虑功耗优化的因素。
最后，一种常用的方法是使用节能的算法和数据结构。
在嵌入式系统的软件设计中，选择节能的算法和数据结构可以显著降低功耗。
《嵌入式系统的低功耗与可靠性技术研究》
《嵌入式系统的低功耗与可靠性技术研究》一、引言随着物联网、智能设备以及移动计算技术的快速发展，嵌入式系统作为各种智能设备的核心部分，其低功耗与可靠性问题逐渐成为了重要的研究课题。
在面对能源短缺、环境污染以及设备稳定性要求日益严格的今天，嵌入式系统的低功耗与可靠性技术显得尤为重要。
本文将详细探讨嵌入式系统的低功耗和可靠性技术的研究现状及未来发展趋势。
二、嵌入式系统低功耗技术研究1. 硬件低功耗设计硬件低功耗设计是嵌入式系统低功耗技术的关键。
设计者在硬件设计阶段应考虑采用低功耗芯片、合理的电源管理策略等手段降低系统的整体功耗。
此外，选择合理的元器件及封装方式也能有效降低功耗。
在设计中还可以使用动态电源管理技术，根据系统运行状态调整电源供应，以达到节能目的。
2. 软件优化软件优化是降低嵌入式系统功耗的另一重要手段。
通过优化算法、减少不必要的计算和通信等措施，可以有效降低系统的运行功耗。
此外，合理设计系统任务调度策略，根据任务优先级进行任务分配和调度，也可以实现功耗的降低。
3. 休眠与唤醒机制休眠与唤醒机制是降低嵌入式系统功耗的有效手段。
通过在系统空闲时进入休眠状态，可以有效降低系统的功耗。
当系统需要再次工作时，再从休眠状态唤醒，以恢复工作状态。
这种机制在嵌入式系统中得到了广泛应用。
三、嵌入式系统可靠性技术研究1. 硬件冗余与容错设计硬件冗余与容错设计是提高嵌入式系统可靠性的重要手段。
通过采用冗余硬件和容错技术，可以在系统出现故障时保证系统的正常运行。
例如，采用双机热备、三模冗余等技术，可以提高系统的可靠性和稳定性。
2. 软件容错与恢复技术软件容错与恢复技术是提高嵌入式系统可靠性的另一重要手段。
通过设计容错算法、实现软件故障的自恢复等功能，可以在软件出现故障时及时恢复系统的正常运行。
此外，通过定期更新和修复软件漏洞，也可以提高系统的安全性与稳定性。
3. 系统级可靠性设计系统级可靠性设计是提高嵌入式系统可靠性的综合手段。
嵌入式系统设计与应用
嵌入式系统设计与应用嵌入式系统是指在某种特定应用领域中快速、高效地完成某一指定任务的计算机系统。
这种系统通常由特殊的硬件、软件和操作系统组成，因此与一般的计算机系统有所不同。
嵌入式系统设计与应用已经在诸多领域中得到了广泛的应用，比如工业自动化、智能家居、安防监控等领域，成为现代生活中不可或缺的一部分。
一、嵌入式系统的基本特点嵌入式系统的设计和应用有以下几个基本特点：1.紧凑设计：由于嵌入式系统的应用场景通常有着特定的环境和特殊的需求，因此系统需要在性能、体积、功耗等方面做到最优化的平衡。
这就要求嵌入式系统在设计过程中必须考虑到最小化系统资源占用的问题，以便在满足功能要求的同时，同时能够保证嵌入式系统的稳定性和可靠性。
2.高实时性：嵌入式系统的绝大部分应用都要求在短时间内完成特定的任务，比如在毫秒级内采集、处理和传输数据，这就要求系统软件必须有着高实时性的要求。
这一点常常因为设计上的失误而导致系统故障。
3.节约功耗：嵌入式系统通常需要在低功耗条件下完成任务，因此需要在设计时充分考虑节能的要求。
此外，硬件的可设计性也是嵌入式系统功耗得以优化的一个重要因素。
二、嵌入式系统的应用领域1.工业自动化：嵌入式控制技术是现代工业自动化技术中不可或缺的一部分。
通过精细的嵌入式系统设计，可以实现自动化设备的智能化控制、监测和管理。
比如在冶金、电力、输变电等领域中，嵌入式系统已经广泛应用，可以有效地提高生产效率、降低成本、提高产品质量。
2.智能家居：智能家居系统是指通过控制系统、感知系统、联网系统及可视化界面，实现智能化家居设备控制、环境监测、安防监控等多个功能的系统。
嵌入式芯片作为其核心技术之一，使得智能家居得以实现远程遥控、联网互动，实现更便利、智能的生活。
3.安防监控：嵌入式技术在安防监控领域中也发挥了重要的作用，不仅可以实现视频图像的高清晰度显示和编解码，还可以进行自动控制、远程操作、智能分析、数据存储等功能。
嵌入式系统低功耗设计考试
嵌入式系统低功耗设计考试（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式系统低功耗设计的主要目标是：A. 提高处理器速度B. 减少芯片面积C. 降低系统能耗D. 增加程序运行时间2. 在低功耗设计中，通常会考虑哪些硬件组件？A. 内存B. 显示屏C. 传感器D. 打印机3. 以下哪个不是低功耗设计的策略？A. 使用高效能处理器B. 降低工作电压C. 减少不必要的中断D. 使用大容量电池4. 在低功耗设计中，哪种类型的电路最耗电？A. 线性电路B. 逻辑电路C. 微处理器D. 以上都是5. 为了降低功耗，通常会对电路进行哪种处理？A. 混频B. 振荡C. 降压D. 限流6. 在低功耗设计中，哪种技术可以减少电流泄漏？A. 超级结B. FETC. 反相器D. 以上都是7. 低功耗设计中，哪种方法可以提高电源效率？A. 使用开关稳压器B. 使用线性稳压器C. 使用电池D. 使用燃料电池8. 在设计低功耗系统时，以下哪个不是需要考虑的因素？A. 功耗B. 散热C. 信号完整性D. 以上都是9. 低功耗设计中，哪种工具可以帮助评估系统的功耗？A. 示波器B. 逻辑分析仪C. 电源分析仪D. 万用表10. 在实际应用中，如何判断一个嵌入式系统的功耗是否达标？A. 对比同类产品B. 监测实时功耗C. 查看说明书中的功耗数据D. 以上都是11. 嵌入式系统低功耗设计的主要目标是什么？A. 提高处理器的速度B. 减少系统的能耗C. 增加内存容量D. 提高系统的并行处理能力12. 在低功耗设计中，哪种类型的电路通常被认为是低功耗的？A. 晶体管数量较少的电路B. 采用高电压供电的电路C. 使用动态电压和频率调整的电路D. 采用大容量电容的电路13. 在低功耗设计中，通常会考虑哪些因素？A. 功耗、性能和成本B. 功耗、存储器和时间C. 功耗、温度和可靠性D. 功耗、体积和重量14. 低功耗设计中，哪种技术通常用于提高设备的待机或休眠模式下的能源效率？A. 睡眠模式B. 休眠模式C. 深度睡眠模式D. 低功耗模式15. 在嵌入式系统中，哪种设备通常用于降低功耗？A. 显示器B. 键盘C. 网络接口卡D. 扬声器16. 低功耗设计中，哪种类型的电源最适合用于嵌入式系统？A. 开关电源B. 线性电源C. 电池17. 在低功耗设计中，减少系统中的冗余操作可以：A. 提高能效B. 增加成本C. 影响性能D. 减少功耗18. 以下哪个不是低功耗设计中使用的技术？A. 动态电压和频率调整（DVFS）B. 待机或休眠模式的实现C. 硬件循环替换D. 增加处理器的时钟频率19. 在进行低功耗设计时，工程师通常会考虑哪些约束条件？A. 成本、时间和复杂性B. 成本、空间和质量C. 时间、空间和质量D. 成本、时间和质量20. 在低功耗设计中，通常会考虑哪种器件？A. 计算器B. 显示器C. 传感器D. 扬声器21. 以下哪个不是低功耗设计的技术手段？A. 优化代码质量B. 使用高效能处理器C. 降低工作电压D. 增加电池容量22. 在低功耗设计中，通常会采用哪种电路拓扑结构？B. 星型C. 网状型D. 树状型23. 低功耗设计中，哪种类型的存储器具有最低的功耗？A. RAMB. ROMC. FlashD. SRAM24. 在低功耗设计中，通常会如何处理时钟信号？A. 高频时钟信号B. 低频时钟信号C. 可变频率时钟信号D. 锁相环（PLL）时钟信号25. 低功耗设计中，哪种电源管理策略可以有效地降低系统功耗？A. 低压差线性稳压器（LDO）B. 降压变换器C. 电荷泵D. 电压频率转换器（VFC）26. 在低功耗设计中，哪种类型的省电模式通常用于待机或休眠状态？A. 空闲模式B. 省电模式C. 深度睡眠模式D. 休眠模式27. 低功耗设计中，如何通过软件手段进一步降低系统功耗？A. 优化操作系统设置B. 使用低功耗硬件C. 减少中断次数D. 降低采样率28. 在低功耗设计中，哪种技术通常用于提高通信设备的续航能力？A. 加密技术B. 软件无线电技术C. 并行处理技术D. 低功耗算法29. 在嵌入式系统低功耗设计中，通常会考虑以下哪个因素？A. 硬件设备的性能B. 软件算法的效率C. 使用环境的气候条件D. 系统的扩展性30. 以下哪个不是低功耗设计中常用的技术？A. 时钟门控B. 深度睡眠模式C. 动态电压与频率调整（DVFS）D. 硬件加速器31. 在低功耗设计中，通常会优化哪种类型的电路？A. 信号处理电路B. 计算电路C. 电源电路D. 接口电路32. 低功耗设计中，哪种类型的存储器更适用于低功耗场景？A. 随机存取存储器（RAM）B. 只读存储器（ROM）C. 闪存（Flash Memory）D. 电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）33. 在低功耗设计中，为了减少能量损耗，通常会对电路进行哪两种优化？A. 动态调度和静态划分B. 动态调整和静态约束C. 动态编译和静态优化D. 动态分配和静态平衡34. 在低功耗设计中，以下哪个不是电源管理模块的功能？A. 电池充电管理B. 电源电压监控C. 功率因数校正D. 电磁兼容性（EMC）控制35. 在低功耗设计中，通常会使用哪种工具进行功耗分析？A. 性能分析仪B. 逻辑分析仪C. 电源分析仪D. 热分析仪36. 在低功耗设计中，为了提高能源利用效率，通常会采用哪种策略？A. 动态电源管理（DPM）B. 静态电源管理C. 动态频率调整D. 静态频率调整37. 在低功耗设计中，为了确保系统在待机状态下也能保持低功耗，通常会采取哪种措施？A. 使用低功耗的处理器B. 关闭未使用的硬件组件C. 降低系统的时钟频率D. 切换到更高的工作电压38. 在低功耗设计中，哪种类型的电路结构通常具有更低的功耗？A. 线性电路B. 非线性电路C. 混合电路D. 以上都不是39. 以下哪个因素不是影响低功耗设计的关键因素？A. 电路设计B. 软件优化C. 硬件选择D. 使用环境40. 在低功耗设计中，通常会采用哪种技术来降低功耗？A. 大规模集成电路B. 微型化C. 低功耗工艺D. 集成电路41. 以下哪种设备在低功耗设计中是不必要的？A. 电池B. 开关电源C. 节能芯片D. 复位电路42. 在低功耗设计中，通常会考虑哪些方面来优化功耗？A. 电源电压和电流B. 功耗和散热C. 信号处理和存储容量D. 以上都是43. 以下哪种方法不是低功耗设计的常用策略？A. 动态电源管理B. 工作频率调整C. 电路级优化D. 手动控制电源44. 在低功耗设计中，哪种类型的器件通常具有更低的功耗？A. 门电路B. 晶体管C. 二极管D. 以上都是45. 以下哪种方法可以帮助在低功耗设计中提高能效比？A. 增加电路复杂性B. 减少电路组件C. 优化电路布局D. 增大电源容量46. 在低功耗设计中，通常会采用哪种技术来减少动态功耗？A. 降低工作电压B. 增加工作频率C. 使用低功耗工艺D. 以上都不是二、问答题1. 什么是低功耗设计？它在嵌入式系统中的作用是什么？2. 在低功耗设计中，常用的电源管理技术有哪些？3. 什么是时钟门控和电源门控？它们如何降低功耗？4. 请简述动态电源管理的实现方式。
应对嵌入式系统中的低功耗设计挑战
块 可以 在不到 ５ ０ ｍ ｓ 内执 行 ｌ ６ 位 转换 。
感应 固件 模块 不 需 要 为 判 别 用 户是 否 按 键 而 持 续 执 行 转 换 。相 反 ，固件 能够 利 用 Ｍ Ｃ Ｕ片 上 实 时 时 钟 特 性 周 期 从 深 度
作。
时 间受 限 于 低 功 耗 要 求 ； 串行 通 信 接 口 ‘ 需 要 烦 琐 的 协 议 修 改 ，以 弥 补 单 片 机 （ Ｍ ＣＵ ）在 深 度休 眠 模 式 时 的 “ 死 区
（ ｄ ｅ ａ ｄ ｔ ｉ ｍｅ ）”通信 故障 。同时 ，由
于 电流 消 耗 限 制要 求 减 少 工 作 模 式 处 理
・ 制 定 对 电流 消 耗 需 求 的准 确估 计
时间 ，所以某些算法特性比较缺乏 。
通 过 为 高性 能 、低 功 耗 应 用 选 择 合 适的３ ２ 位 Ｍ Ｃ Ｕ，工 程 人 员可 以 缓 解 以 上 问 题 带 来 的 影 响 甚 至 完 全 避 免 这 些 影 响 。 此 外 ，工 程 人 员通 过 利 用 Ｍ Ｃ Ｕ能 力 的 特 定 固件 优 化 来 降低 电 流 消 耗 ，以 保 证性 能 和 可 靠 性 。
键 ；
系结 构 ，划 分 成 功 能 模 块 ，并 设 法 确 定 哪 些 模 块 是 处 理 相 关 ，哪 些 模 块 是 时 间 相 关 。此 外 ，设 法 评 估 每 个 固 件 模 块 执 行 时 间和 频 率 是 有 益 的 ，基 于 这 些 评 估 值 ，设 计 人 员能 够 生 成 平 均 电 流 消 耗 的
应对嵌入式系统中的低功耗设计挑战
Ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ Ｌ ａ ｂ ｓ 高 级应 用 工 程 Ｉ Ｊ ｉ ￣ Ｐ ａ ｒ ｋ ｅ ｒ Ｄｏ ｒ ｒ ｉ ｓ 在 嵌 入 式 系 统 开 发 过 程 中 ，优 先 考 虑 降 低 功 耗 迫 使 工 程 人 员必 须 在 性 能 ・ 用 户接 Ｖ Ｉ ，包 含 ４ 个 电容感应按
嵌入式系统中的低功耗设计技术
嵌入式系统中的低功耗设计技术随着嵌入式系统在日常生活中的广泛应用，开发低功耗嵌入式系统的技术也越来越重要。
为了延长电池寿命、节约能源以及降低设备工作温度等因素，低功耗设计技术在许多领域都得到了广泛应用。
本文将介绍在嵌入式系统中使用的低功耗设计技术，并分为以下几个部分进行阐述。
一、系统级低功耗设计系统级低功耗设计是指通过对嵌入式系统的硬件和软件架构进行优化，以降低整个系统的功耗。
实现系统级低功耗设计的方式包括了以下几种：1.模式控制在系统不需要工作时，通过进入睡眠模式等控制方式关闭部分硬件模块。
在需要时，重新启动相应模块可快速恢复系统工作。
2.电源管理通过对系统中不同的电源、时钟配置进行管理和优化，使得系统在各种工作状态下都能够保持较低功耗的状态。
3.软件优化通过优化嵌入式系统的算法、驱动程序和操作系统，减少系统对处理器的使用，从而达到减少功耗的目的。
二、芯片级低功耗设计芯片级低功耗设计是指采用特殊的工艺和电路设计来降低系统的功耗。
具体实现方式包括以下几种：1. 电路设计优化针对具体电路模块进行优化，使得其在工作时能够达到最小功耗状态。
例如采用面积更小、功率更低的电路模块来代替原先的电路模块。
2. 特殊工艺采用特殊工艺来设计芯片，例如High-K Metal Gate（高介电常数金属栅）工艺和I 的 th（反渗透助剂）工艺等，可以帮助降低芯片功耗。
3. 快速切换电路使用快速切换电路，使得电路的开关速度可以更快，从而降低嵌入式系统的功耗。
三、单片机级低功耗设计单片机级低功耗设计是指在单片机的架构层面进行优化，以降低单片机的功耗。
具体实现方式包括以下几种：1. 使用低功耗时钟源采用内部低功耗时钟源代替外部高精度时钟源，可以减少电路的功耗。
2. 优化程序设计通过在程序中使用低功耗模式、中断等技术，优化程序的执行过程，减少单片机的功耗。
如采用睡眠模式、停机等方式降低处理器频率，进而降低能耗。
3. 功耗管理单元一些新型单片机已经内置功耗管理单元，可以快速切换系统时钟、电压等参数，从而使得系统在不同工作状态下功耗得到优化。
嵌入式面试题大全
嵌入式面试题大全
嵌入式面试题涉及的知识面广泛，包括嵌入式系统的基础知识、C/C++语言、操作系统、电路和电子技术等。
以下是一些嵌入式面试中常见的题目：
1. 请简述嵌入式系统的定义和特点。
2. 什么是实时操作系统？请列举几个常见的实时操作系统。
3. 描述一下嵌入式系统中常用的数据结构和算法。
4. 请简述嵌入式软件开发的一般流程。
5. 什么是嵌入式系统的低功耗设计？为什么它很重要？
6. 请简述嵌入式系统中常用的通信协议。
7. 请简述嵌入式系统中常用的硬件接口。
8. 如何进行嵌入式系统的电源管理？
9. 请简述嵌入式系统中常用的软件架构。
10. 如何进行嵌入式系统的性能测试和优化？
11. 请简述嵌入式系统中常用的开发工具和调试方法。
12. 如何进行嵌入式系统的安全设计和保护？
13. 请简述嵌入式系统中的常见故障和解决方法。
14. 如何进行嵌入式系统的可维护性和可靠性设计？
15. 请简述嵌入式系统中的中断处理和任务调度。
16. 如何进行嵌入式系统的硬件设计和软件设计协同工作？
17. 请简述嵌入式系统中常用的异步通信方法。
18. 如何进行嵌入式系统的资源管理和内存优化？
19. 请简述嵌入式系统中的多线程编程和多任务管理。
20. 如何进行嵌入式系统的性能分析和优化？
以上是一些常见的嵌入式面试题，当然具体的题目还会根据具体的岗位和要求有所不同。
建议在准备面试时，除了掌握基础知识和技能外，还要了解相关公司的业务和技术方向，以及行业的发展趋势和最新技术动态。
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尽量减少处理器的计算量
用查表代替计算 不过分追求计算精度，避免“过度”的计算 尽量使用短数据类型，在精度允许的情况下，使 用简单函数代替复杂函数，得到近似的计算结果， 降低计算复杂度 通过减少需要处理的数据量，从而减少计算量
减少系统的持续运行时间
让任务的处理尽快完成，并在处理器空闲时，使 系统进入低功耗的待机模式，减少系统的持续运 行时间 在需要处理任务时，再用定时中断、外部中断等 方式将系统唤醒
集成开关电源控制器
VIN：7~40V
输入
4 1 3 GND ON/ OFF LM2576 5 2
反馈 输出 大功率电感 100uH 3.09K IN5822 1000uF 1K VOUT：+5V，3A
100uF
嵌入式系统电源电路选择
输入、输出电压差距大，考虑开关电源 电源功率大，考虑开关电源 升压电源，要用开关电源
动态电压调节的条件
具有能对处理器负荷进行评估和预测的智能软件 或硬件 电源管理模块支持电压调节，根据指令调节输出 电压，使处理器工作电压与其任务负荷相适应 微处理器本身支持 DVS 技术，可以在一定的电压 范围内正常工作
FAN5355可编程稳压器
I2C总线 LOUT VOUT 0.75V~1.975V FAN5355 COUT CIN
10MHz 32.768KHz 电源管理 单元 ARM7TDMI 处理器核心 模数转 换ADC 看门狗 定时器 PWM定 时器
系统总线
系统总线/外设总线桥控制器
时钟发生 器PLL
实时时 钟RTC
外设总线
ROM/SRAM/DR AM/SDRAM 接口控制器
LCD 控制 器
通用 DMA控 制器
中断控 制器
用“宏”代替“子程序”
宏与子程序都可以用一个名字定义一段程序，以简化 源程序的结构和设计 宏引用多少次，就相应扩展多少次，所以，使用宏定 义只是简化了源程序设计，不会减少目标程序的代码 量 子程序代码在目标程序中只出现一次，调用子程序是 执行同一程序段，因此，目标程序也得到相应的简化 宏定义尽管占用的更多的存储空间，但提高了程序的 执行效率，同时可以减少系统的功耗
嵌入式系统低功耗设计
低功耗嵌入式系统应用实例
嫦娥二号中的低功耗系统
计算机功耗
功耗：设备输入功率和输出功率的差额 计算机是一种电子设备，正常工作必定产生功耗 独立工作的嵌入式系统，如果没有输出功率，其 消耗的电能最终都转化热量 过高的功耗会带来散热、能源浪费、电磁干扰、 稳定性降低、安全隐患等一系列问题
Buck降压型电源变换电路
Buck降压型电源变换电路
开关管 VIN L C VOU
T
开关控制 脉冲信号
通过开关管的通断，将输入直流电压变为方波， 再利用LC滤波电路对方波进行滤波，得到比输入 电压低的输出电压。输出电压与方波的占空比及 开关频率有关。
DC-DC开关电源特点
优点：效率可以达到90%左右，不会象线性电 源那样产生大量的热量 缺点：电磁辐射，输出纹波较大，电路更复杂
通用 I/O控 制器
I2C总线 控制器
I2S总线 控制器
串口控 制器 UART
选择低功耗电源电路
嵌入式系统需要直流供电。通常 情况下，先由外部直流电源或电 池提供初级的直流供电，在电路 板上再用DC-DC电源电路将输入 电压变换为电路需要的各种电压 DC-DC电源电路会产生功耗，电 压转换效率越低，功耗越大。在 嵌入式系统的低功耗设计中，电 源电路自身的功耗是一个需要重 点考虑的因素
VDD PMOS管：TP
VOUT
负载电容：CL NMOS管：TN
2 2 C CL V F Pturn V L DDF DD
CMOS门电路电容充放电功耗Pturn
当输入翻转为“0”时，TP导通，电源通过 PMOS向负载电容充电 当输入翻转为“1” 时，负载电容通过TN向地 放电。 随着CMOS门电路状态的改变，负载电容上不 断发生充、放电过程，从而产生功耗，这就是 电容充放电功耗 2 电容充放电引起的平均动态功耗 P turn CLVDD F 占门电路全部功耗的70%到90%
SCL SDA VIN 2.7V~5.5V
动态电压与频率调节
工作电压和工作频率的调节相互协调、同 步进行，是实现处理器功耗动态管理的有 效方法
Intel: SpeedStep AVS（Adaptive Voltage Scaling）
ARM处理器智能功耗管理
SOC供电 ARM处理器 ARM SOC（片上系统）
用“中断”代替“查询”
中断方式，只有事件产生时，才引起中断，处理器在 中断服务程序里对事件进行处理 查询方式，处理器需要周期性主动地检测是否有事件 发生，在事件发生时进行相关处理 中断方式下，无事件产生时，可以进入低功耗模式； 而查询方式下，处理器必须执行相应软件代码，不停 地检测相关寄存器状态以判断事件是否发生，从而带 来不必要的功耗
电源与电源管理
动态电压与频率调节
数字电路的功耗与工作频率成正比、与工作电压 的平方成正比，所以降低工作频率、降低工作电 压可明显降低功耗 动态电压调节 (DVS，Dynamic Voltage Scaling) 是一种通过控制供电电压调整系统功耗的技术 动态电压与频率调节（DVFS，Dynamic Voltage and Frequency Scaling）
P F turn C V
2 L DD
系统级硬件功耗控制方法
选择低功耗器件 采用低功耗电路形式 充分利用器件的低功耗工作模式 选择低功耗电源电路 分区分时供电 动态电压与频率调节 其它硬件功耗控制方法
选择低功耗器件
CMOS器件具有低功耗、高输入阻抗的特点，广 泛采用CMOS器件可降低嵌入式系统功耗 选择处理器时，不仅要关注其计算速度、接口和 功能的多少，还要关注其功耗特性 选择存储器、接口控制器等器件时也要考虑功耗 的问题
接口电路的低功耗设计：上拉电阻的阻值尽可能大些；
不用的CMOS输入引脚接到信号地或高电平；没必要的时 候尽量不用信号驱动器；继电器、光耦、LED的驱动电路 要避免长时间持续地消耗电流；等等
限制输入信号：限制输入信号，减少数据量，有利于控制系统功耗来自软件功耗控制方法
采用低功耗优化的编译技术 用“中断”代替“查询” 用“宏”代替“子程序” 尽量减少处理器的计算量 减少系统的持续运行时间 实现电源的管理
计算机网络
系统功耗可控制在10W以内
充分利用器件的低功耗工作模式
从处理器，到各类接口控制、存储器，很多都有不同的 功耗模式 软件控制S3C44B0X时钟发生器是否向各个功能模块提 供时钟，从而实现功耗的控制 S3C44B0X有5种功耗模式：正常模式、慢速模式、停 机模式、IDLE模式、SL IDLE模式
DC-DC开关电源
Boost升压型电源 Buck降压型电源
Boost升压型电源变换电路原理
Boost升压型电源变换电路
L VIN 开关管 C VOU
T
开关控制 脉冲信号
当开关管导通时，二极管可防止电容对地放电， 输入电源对电感充电；当开关管断开时，电感存 储的电能向电容充电，使电容两端电压升高。如 果电感量、电容量足够大，开关管通断的过程不 断重复，可以在电容两端得到高于输入电压的电 压。
CMOS门电路瞬时导通功耗Pshort
VOUT VDD A B C IDD C D
0.5VDD
D 0 E 0.5VDD F VDD
VIN 0
A
B
E 0.5VDD
F VDD
VIN
实际应用中，转移曲线并不是理想的方形，BCDE时 间不为零，零内阻的MOS管会在电源与地之间形成 直接短路的现象 对大多数芯片，瞬时导通功耗占总动态功耗的5%到 10%
CMOS非门电路结构
当VIN=0V时，TN截止，TP 导通，VOUT≈VDD，为高电 平 当VIN=VDD时，TN导通， TP截止，VOUT≈0V，为低 VIN 电平 CMOS非门电路在静止状 态下，总有一个MOS管处 于截止状态(nW级功耗) CMOS门电路动态功耗包 括两个部分：电容充放电 功耗、瞬时导通功耗
实现电源的管理
电源管理首先要硬件电路的支持，但对电源的管理操 作由软件来完成 高级电源管理（APM）是一种基于BIOS的系统电源 管理方案 高级配置与电源接口（ACPI）是在APM基础上发展 起来的高级电源管理模式，是一种开放式的工业规范 动态电源管理（DPM）是一种操作系统级别的电源管 理技术，可以在系统运行过程中动态地管理电源
应用软件 动态时钟 发生器 硬件性能 监控器
操作 系统
片外供电 电路
智能功耗 管理软件 部件
性能参数
智能功耗 管理硬件 部件
动态电压 控制器
通信接口
IEM（Intelligent Energy Manager)
其它硬件功耗控制方法
门控时钟：在寄存器的时钟网络上插入门控电路，产生一个消除
寄存器不必要活动的控制信号，减少了电路中不必要的信号翻转，从 而降低功耗
ARM处理器 （主控、存储、通信）
监视器
硬盘
网络接口
计算机网络
功耗20W左右
采用低功耗电路形式
基于SOC的嵌入式视频处理器
视频通道一 视频A/D 视频通道二 视频A/D 视频通道三 视频A/D 视频通道四