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智能手机硬件   2.2.1 定义不同的工作模式 本文引用地址:http://www.e♂epw.co?m.c…

智能手机硬件

  2.2.1 定义不同的工作模式

本文引用地址:http://www.e♂epw.co?m.cn/article/84=080.htm

  在硬件架﹤构中智能手机的工作模式与主cpu的工作∝模?式密切相关。为了?降低功耗,主cpu定义了4种工作模式:general clock g?ating mode;i?dl?e mode:sleep mode;stop mod?e。在主cpu主频确定的情况下,∷智能手机中定义了对应的4种工作模式:正常工作模式(normal);空闲模式(idle);睡眠模式(sleep?);?关机模式(off)。各种模式说≧明×如下:

  a)正常工作模式∨:主㈱cpu工作模式为general clock gati?ng mode;主cpu全速运行;∮时钟频率为204 ∪mhz?。智能手机在这种状态下功耗最大,根据不同的㎎运行状∧态,如播放mp3?、打@电话、实际测量,这种模式下智能手机工≥作电流为200 ma左右。

  b)空闲模式:主?cpu工作¤模?式为idle mode,主cpu主?时钟停止;时钟频 率为204 mhz。在空闲状态下,键盘背?关灯和lcd背光灯关闭,lcd上有待机画面,特定的事件可以使智能手机空闲模式进入正常工作模式,如点击触摸屏、定∵时唤醒、按键、来电等。

  c)睡眼模式:主cpu工作模式为sleep mode,除了主cpu内部的唤醒逻辑打开外,其余全关闭;¬主?cpu时钟为使用36﹥.768 khz的慢时钟。除了modem以?外,外设全部关㏄闭,?定义短时按?开?μ机键,使智能手?机从睡眠模式∠下唤醒进入正常工作状?态。

  d﹢)关机模式:主cpu工作模式为stopm mode,除了主cpu泄漏电流外,不消耗功率;主cpu关闭。智能手机必须重新开?机之后,才能进正常工作模式,实际测量,手机在这种模式♀下电流为100μa。

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  从以上看出,智∈能手机在正常工作模式≮下的功率⊥∩比空闲模式?、?睡眠模式下大?得多。因此,当用户没有对手机进行操作时,通㎝过﹣软件设置,使手?机尽?快进入>空闲模式或睡眠模
式;当用户≡对?手机进行操作时?,智能手机硬件_1通过相应的中断唤醒主cp∴u,使手机恢?复§正常工作模式,处理完响应的事件后∽?迅速进入空?闲模式或睡眠模式。

  2.2.2 关闭空闲的外设控制器和外设

  在硬件系统的架构中,可以看到,主cpu通过相应的接口,外接了很?多外部设?备?,例如lcd、摄像机、irda(红外适配器?)、蓝牙、音频编?解码器、功率?放大器等设备。当智能手机处于正常工作模式时,对处于空?闲状态的外设,可以通过主ocpu的g?pi≦o口,控制给外ml设供电的LDO或者㏒dc/?dc电源芯片,通过关闭外设的供电电源芯片,以达到关闭外设的目的。特别是对于大功耗的外设,∫必须*对其进行可?靠的关闭。对于一些◎正在工作的外设?∷,如音″频编解码器,通过¥设置内部的?寄存器,关闭芯片内部不使用的通道、功率放大器、d/a转换器等,以降低这些器件工作时的功耗。

  对于主cpu?的各种接口控?制器,一般不会全部用到,即使智能手?机处于正常工作模式下,在不同运行状态,各种接口控制器的使用状况也是不同¢的;接口控制器没有处于工作状态,如不将其关闭,仍会消耗电流。对于主cp∑u来说,各外设接口控制器的电£流消耗[2]如下:nand fl?a%sh为2.9 ma;⊙lcd为5.8? ma;u?sb- ho?st为0.÷4 ma;usb?驱动器为2.9 ma;定时器为0.5 ma;sd㏕i为1.9 ma;uart为3.6 ma;rtc为0.4 ma;?a/d转换器为0.4 ma;iic?为0??.6 ma;?iis为0.5 ma;spi为0.5 /ma。

  在图1所示的智能手机硬⊕件架构中,spi接口、usb host接口没有使用,因此可以通过设置spcono和hccontro?l寄存×器永远地关闭spi和usb host接口,℃这样‰可以节省0.9(0.5+0.4)ma的电流。当智能手机处于正常工作状态下,可以对空闲的接℡口控制器进行关闭,以进一?步降低智能℉手机的功耗,还可以防‖止总线上倒灌电流的影响。

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  2.3 接口驱动电?路的№低功耗㎜设计

  当选择智能手机外围芯片如sdr≒am、lcd、摄像机、音频编解码器等器件时,除了要考虑其性能外,∟还必须?考?虑其正常工作时的功耗。在设计接口电路时,必须考虑以+下几个因素:?

  2.?3.1 上拉电﹣阻/下拉?电阻的选取

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  软件优化?是一个很重要的工作,可以大大提高软件运行时的mol效率和降低软件〒运行时的3功耗。例如∣指令的重排,在不影响指?令执3行结果的情°况下1,可以±消除由于装载延迟、分支延迟、跳转延迟等引起的指令流水线的失效[5]。如℅表1所示的arm汇编,把指令?转变成二进制编码后,不同之处就是各个寄存器<操作数的二进制编码不?同。

  根据表1?,从电气性能上⊿来看,通?过减小连续指令之间的汉明(hamming)∥距离,原代码比优化后代码的比特位变?化多6次,而两组代码实现同样的功能,因此,优化后的指令执?行时⌒的功耗小于原先指 令。因此?,系统软?件=完㎞成后,在保证软件功能一致的情况下,通过∏对代码进行优化,可以减小软件在执行时的功耗。

  3$ 试验结果和讨论

 ′ 在智能手㏑机的设计中,通过不断进行硬件优化和在¥软件上实现电源的动态管理,测量智能手机在空闲模式和睡眠模式下的功㎏率损耗,结果∞如表2所示。

  根据表1,从≯电气性能上来看,m通过减小连续指令之间的汉明(hamm?ing)距离,原代码比优化后代码的比特位变?化多6次,而两组?代码实现同样的功能?,因此,优化后的指令执行时的功耗小于原先指 令。因此,系统软件完成后,在保?证2软件功能一致的情况下,通过?对代码进行优化,可?以减小软件在执行时的功耗。?

㎡  从表2可以看出,经过优化?设计,智能手机在空闲模式下,电流值减?小了10.2 ma,在睡眠模式下,电流值减少了1.5 m?a。对于无线modem,由于自身含有独立的电源管理模块,基本上在3 ma左?右,变化不大。相比未经优化设计,智能手﹢机经过优化设计后,在?睡眠模%式下?和空闲模式下,功率损耗有了?显著的降低,在相同的电池容量?下,大大?提高?了≌智*能手£机的待?机时间和使用时间。因此≈,通过上述≠方法,可以有效?地降低智能手机的功耗。

  随着手机技术的发展,特别在智能手机设计中,低功※耗设计会成为一个越来越迫切的问题。随着一些新技术的出现并应用于智能手机?的设计中,例如先进的电源管理芯?片、先进的处理器,给设计者提供了更大的灵活性,可以大大降低智能手机功耗。≤但是,作为设计者,在进行?系统设计和 ?软件编程时,必须时时考虑如何降低系统的功耗·,只?有∶这样,设计出的系统才?能拥有一?个√良好的性?能,得到用户的青睐。

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作者: mgnqyz

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