Dijital Signal Processors (DSP) modern gömülü sistemlerde vazgeçilmezdir, DSP güç tüketiminin azaltılması için gerçek zamanlı işleme uygulamak [FONTDNT, motor kontrolü ve görüntü işleme. Sistem karmaşıklığı büyür, bu yüzden enerji verimliliği talebinin - özellikle de her milsel sayıyı azaltmak için iki temel ilkeyi, ticari-sonralama stratejileri ve pratik yöntemleri kullanarak temelleri kapsayan, gerçek enerji verimliliğini sağlamak için gerekli olan yöntemlerin nasıl bir araya geleceğini anlamak için.

Güç Temelleri Güçlendirmek

Güç Ne Yapar?

Güç gating, gelişmiş süreçten gelen güç tedarikinden bir mantık bloğu seçici olarak uzaklaştıran bir tasarım tekniğidir (örneğin, 28 nm ve aşağıdan aşağıya doğru gidenler aracılığıyla dinamik güç azaltır).

Transistör seviyesinde, güç gating VD ve sanal VD arasında uygulanır (bölge aktif olduğunda, anahtarlar geri döndü, düşük maliyetli bir yol sağlayarak).

Uygulamayı Değerlendirme

DSP'de çalışan güç, aşağıdaki elementlere dikkat gerektirir:

  • [FONT:0)Power domains:[Döneticiler:[Döneticiler: 0,4][/FONT=0) Bir CFO, çekirdek, hafıza, periferiler ve donanım hızlandırıcıları için ayrı alanlara sahip olabilir.
  • [FONT:0) Devlet tutulması:[Dönetici:[Dönetici) veya küçük bir güç alanı kritik verileri korursa, DSP'ler devlet kayıtlarını kullanması gerekir[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)[DDDDDDDDDDDDDDDDDDD)
  • [FONT:0) Kontrollü Ayrılma:[Dönetici:[Dönder:) Geri dönüşüm güç anahtarları, mevcut ve gerilim aksaklıkları. dikkatlice bir zaman için -örneğin, bir anda anahtarlar sağlar - aynı şekilde çıkış için geçerlidir: devlet kurtarılmalıdır, saatler stabilleşir ve sonra anahtarlar açıldı.
  • [FONT:0]IR damla ve elektromigration:[Döntgen:[Dönetici: 0) Sanal tedarik rayları daha yüksek direniş görüyor, bu yüzden güç yerleştirme ve bağlantı boyutu, kabul edilebilir gerilimin üst üste düşmesini sağlamalıdır.

Faydaları ve Ticaret-Offs

[FONT:0) Benefits:[Dönem:[Dönem: 1)

  • Boşluk gücü boş bloklarda %99 oranında azaltın.
  • Enables more Battery life and lower termal deployment.
  • Aktif performansı etkilemeden güç yönetiminin iyiliğini sağlar.

[0]Ticaret-offlar: [Dönem: [Dönem: 1)

  • Alan güç anahtarlarından ve tutma mantığından (özellikle de kapılı bölgeye% 5–15) yanar.
  • Uyanma enerjisi ve geç kaldı: bir blok maliyetine iki kez ve sanal raydan sorumlu olmak ve devletin geri yüklenmesi için dinamik bir güç.
  • Fiziksel düzen ve doğrulamada artan tasarım karmaşıklığı.

DSP tabanlı SoC'lerde güç kullanımını daha derin bir şekilde incelemek için, DSP Cihazları içinTI'nin Güç Yönetimi'ne atıfta bulunur[DSPT:1).

Derin Dive into Sleep Modes

Güç gating bir donanım merkezli bir yaklaşım olsa da, DSP'yi iş yükü izin verdiğinde düşük güç durumuna yerleştirmek için donanım ve yazılım birleştirir. Bir uyku modu genellikle saatlerini durdurmayı içerir, disabling PLLs ve isteğe bağlı olarak gerilim azaltır - güçle birlikte.

Uyku Modu Vergionomy

DSP işlemciler genellikle birkaç uyku seviyesi sunar, her ticaret güç tasarrufları uyanma gecikmesine karşı:

  • [FONT:0]Idle (run-sleep) modunda: [DFLT:1] Cihazın saati kapılandı, ancak tüm güç rayları önbellek ve kayıt içerikleri korunmuştur. DSP birkaç saat içinde yeniden başlayabilir.
  • [FONT=0]Standby modu:[DDDVFS veya ayrı düşük güç düzenleyicisi ile) ve çoğu periferik saatler kapalı olabilir. daha hızlı bir saat kaynağı (e.g., her zaman-on RC oscillator) hayatta temel zamanlamayı korur.
  • [FONT:0) Deep uyku modu:[Dönetici: 0 3) Cihazın çoğunluğu güçten uzaklaştırılır. Sadece bir uyandırma kontrolörü içeren küçük bir “always-on” alanı, gerçek zamanlı saat ve bazı tutma kayıtları aktif kalır.
  • [FONT:0]Shutdown modu:[Dönetici: [Dönetici] Tüm çip birkaç I/O pins dışında güçlenir. Bu mod en düşük sızıntıya ulaşır, ancak uyanan tam bir boot dizisi gerektirir.

Uygun uyku modu beklenen boş zamana bağlıdır. Örneğin, bir konuşma kodu DSP'si ses çerçeveleri arasında boş bir modu kullanabilir (her 10-20 ms), bir sensör merkezi uzun süre boyunca derin uyku girebilirken.

Devlet Yeniden Çekilir ve Hafıza

Derin uyku modları genellikle www.D.T:0)ttention SRAM[DÜT:1) her zaman izole bir tedarik tarafından çalıştırılan bir depodan çalışan ikinci bir latch ekliyor, ancak tutma latch durumu aktif sızıntının% 10-30'unu tutar. Kayıt dosyaları için, tutma çantası için, kayıt dosyaları için gerekli olan en DSP boru hatları için gereklidir.

Wake-Up Latency ve Mechanisms

Uyku modundan çıkmak temiz bir sıra gerektirir: Güç geri yükleme, saatler stabilize etmek, PLL'leri ve özgeçmiş yürütmesini gerektirir. Toplam uyanma zamanı PLL kilit zaman (eğer geri çekildiyse) ve kapasitör şarj.Anahtar:0) Bu adımları yönetmek için.

  • Edge algılama GPIO pins
  • Zamanlayıcı düşük güç osilatörden sona eriyor
  • Aktif periferiklardan (örneğin, UART, USB)

Bazı tasarımlarda, küçük bir )co-işlemci) derin uykuda, önceden işleme uyanma olayları için kalır, ana DSP'nin aktivitesini daha da azaltır.

Örnek: Qualcomm Hexagon DSP Sleep States

Hexagon DSP ailesi (günde kullanılan) birden fazla uyku durumunu destekler, örneğin aurFLT:0)Retention modu) temel gerilimin sadece 1 μs altında geri döndüğü yerdedir.The platformun güç yöneticisi, donanım aktivitesine dayanan durumu seçer.[PC)[Döneticisinin tam olarak kapısında kalır.[DFLT:3).

Güç Gating ve Sleep Modes'leri bütünleştirmek

Enerji verimliliğini artırmak için, güç gating ve uyku modları konserde çalışmalıdır. Düşük güç durumuna kadar yapılan tipik bir geçiş birkaç aşama içerir:

Eşleştirilmiş Geçiş Sequence

  1. [FONT:0)Software başladı:[DFLT:1] İşletim sistemi veya DSP Donanımı bir güç yönetimi kaydına yazar, belirli bir uyku durumuna giriş talep eder.
  2. [FONT:0]Clock gating and state save: DSP depolama depolama (internal veya dış) depolama kayıtlarını kurtarır (iç veya dış). Tüm işlemci saatleri durdurulur.
  3. [FONT:0)Power domain izolasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0) Güç yönetimi birimi (PMU) kapı alan ve her zaman yerlerin yüzen girişleri önlemek için izolasyon hücreleri etkinleştirir.
  4. [FONT=0)Power gating:[Dönetici:[Döncükler) PMU, sanal tedariki kapatmaya başladı. Bazı tasarımlarda, PMU ayrıca açılış anahtarları önünde bir tutma seviyesine daha da azaltır (daha kısa sürede geri dönme).
  5. [FONT:0]Wake:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Bir uyandırma olayı üzerine, PMU geri yükleme gücü, stabilizasyon sağlamak için bekle, saatleri ve sıfırlamayı sağlar. DSP, saklamadan gelen bir vektör eller içine girer.

Kontrol Mantık ve Güç Yönetimi Birimi

PMU, güç durumu geçişlerini yöneten belirli bir sonlu devlet makinesidir. Zaman zamanlayıcı kısıtlamalar, gerilim düzenleyici kontrolü ve güç geçişi de veri bütünlüğü sağlamak amacıyla mikrosaniyeler arasında geçiş yapabilir.

Yazılımları

Yazılım tarafında, aİLFLT:0) Güç yönetimi çerçevesi) tüm sistem boyunca uyku devletleri koordinatörlüğünde, Linux'ta, [[DRTOS gibi gerçek zamanlı işletim sistemleri [DSPT:3) Vali DSP'nin görev yürütmeleri arasında daha derin uyku durumlarını seçmesine izin verir.

Anahtar yazılım sorumlulukları şunlardır:

  • En iyi uyku seviyesini seçmek için boş zaman tahmin edin.
  • Tasarruf ve geri yükleme bağlamı ( kayıt dosyaları ve önbellek etiketleri dahil).
  • Kesme latencieslarını yönetmek, böylece kritik gerçek zamanlı tarihler hala uyanmadan sonra karşılanır.

Pratik bir uygulama kılavuzu için, bkz.DSP güç yönetimi üzerinde gömülü.com serisi).

DVFS ile birlikte

Dinamik gerilim ve frekans ölçeklendirme (DVFS) düşük bir bloktan çıkmak yerine, DVFS daha hafif iş yükleri sırasında işletim noktasını azaltır. Örneğin, DSP, sabit bir tedarik tasarımı ile karşılaştırıldığında 1.2 V ve 800 MHz'de çalıştırılabilir.

Gelişmiş Teknikler

Adaptif Güç Açıklama

Modern DSPs, izodikallik monitörleri (örneğin, kontrol noktalarının veri yolları, öğretim konusu kuyrukları) dinamik olarak hangi alt bloklara güç kapısına karar verir.[Döneticileri bir araya getirir.[DDDDDD) Bir birim N çevrimleri için boş zamanlara dayanan gecikmeli.

Multi-Voltage Design and Level Shifters

Farklı güç alanları farklı gerilimlerde çalışır (örneğin, 0.8 V'de bir temel ve ortalama 1 V'de periferik bir gerilim düzenleyicisi), [[Dönemli geçişler[Döneticiler # 1) sinyal sınırlarına eklenmelidir. Seviye geçişçiler kendilerini her zaman-on alanı içinde yerleştirilirler.

Güzel-Grateed Power Gating

Tüm temelleri, bazı DSP mimarlıkları kapı bireysel işlevsel birimleri – ALU, multiplier, değişimleyici, yük / mağaza ünitesi. Bu özellikle bazı şeritlerin boş olduğu vektör işlemcilerde faydalıdır. Power gating at this granularity sofistike bir saat ve güç ağı talep eder, ayrıca gerçek zamanlı tahsisli işlem gibi uygulamalarda da haklıdır.

Tasarımcılar için Pratik Bakışlar

Güç Analizi Araçları

Etkili uygulama doğru güç tahminleriyle başlar.|alışlar:0)PrimePower) veya [[Synopsys) veya [[Döneticiler:2)Redhawk) (Ansys) sızdırıcı, dinamik akım ve IR tüm domainler boyunca bu gücü gating verimlerini doğrulayarak net tasarrufları kullanır: Tipik analizler içerir:

  • Bir kapı blok için zaman eşiği (kırık nokta)
  • Güç tedarik ağı üzerinde mevcut inrush etkisi.
  • Retention sızıntı vs. state restore enerji.

Test ve Geçerlilik

Güç gatingunu uygulamak zor çünkü geçişler bir uyku döngüsünden sonra veriyi bozmalıdır.Kablo zincirleri genellikle [[Ücretsiz kayıtlar[DDDDDDDDDDDDDDDD) kayıtlarını içerir[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) Her alan için ayrı test modları kullanarak ayrı ayrı test modları kullanılmalıdır.

Reliability

Frequent güç gating canOSPT:0)electromigration) ve [[Dönetici sıcaklık istikrarsızlığı sırasında yüksek akım dalgalanmalar nedeniyle (Gücretsiz) hızları yüksek gerilim stres altında tutmak için yeterli marj ile tasarlanmalıdır; güç, boş zaman gecikme süresi boyunca stres azaltır.

Sonuç ve Future Trendleri

Güç gating ve uyku modları sadece opsiyonel özellikler değildir - gerçek zamanlı yanıt veren modern DSP'ler için önemlidir. transistör seviyesi ile birlikte performans sağlamalı, devlet tutma ve yazılım odaklı uyku hiyerarşileri, mühendisler gerçek zamanlı yanıt veren enerji tasarruflarını tasarlayabilirler.

İleriye baktığımızda, [[0.))) <0.([Döneticileri, transistör eşik eşiğine yönlendirerek, daha hassas güç gating.The Rise offenFLT:2) sonunda kenar cihazlarında öğrenme [DSP mimarileri yüzlerce küçük işleme elementiyle sürüyor [DSP mimarileri, bağımsız olarak güç tasarrufu sağlanamaz.

İleri DSP güç yönetimi hakkında daha fazla okuma için, danışmanlık:0)NXP'nin DSP tabanlı SoCs için düşük güç teknikleri üzerine başvuru notu). ve [[ENFLT:2).ARM Power Management Guide[DDSP tabanlı DSP çekirdeği için ilgili olarak).