用Blackfin处理器为您的应用置入低功耗引擎

人类从来没有像今天这样关切环境和气候的变化，对自然的无止境索取已经超过了地球的承受极限，而能源的消耗是造成当今世界环境和气候变化的罪魁祸首。提高能效降低能耗、减少污染排放成为全球各国政府的社会承诺，为此全球主要的国家和地区均出台了各种越来越苛刻的能效标准和行业监管措施。美国政府今年正式针对冰箱等白色家电节能产品，实施较大补贴幅度约200美元的购买补贴政策，并正在拟定严格的节能标准草案；中国政府正在或已经制定了空调、彩电、小家电等新的能效标准，厂家面临前所未有的低功耗设计技术升级压力。事实上，类似的政策和标准在欧洲和日本等全球主要的国家和地区纷纷出台，降低能耗已经成为全人类必须解决的课题。

电子产品作为能耗大户是开展节能的主战场，各种电子产品运行的电能消耗不仅加深了电能紧缺的现状，而且数量庞大的便携式电子产品每年耗用的各种电池对环境也造成了巨大的压力。据中国化学与物理电池协会2009年6月公布的数据，中国市场2008年的电池销量超过290亿节，每年产生的废旧电池达数百万吨。降低电子产品的能耗已经不仅是降低用户产品使用成本，延长电池待机时间等与用户直接利益相关的话题，更是电子产品设计制造企业所应承担的社会责任。

另一方面，当前电子产品同样面临技术和市场发展新趋势所带来的低功耗设计压力。以便携式电子产品设计为例，娱乐终端、通信终端以及各种专用功能的便携式产品的功能界限日益模糊，越来越多的应用系统要求音频、视频和通讯处理能力，多种功能集成、多种外设接口、大屏幕显示、全天候在线等要求，以及用户本身对产品不断提高的待机时间要求，都给产品设计工程师带来直接的设计压力。

传统的处理器的局限性

这种压力已经持续在电子产业链中产生积极的推动力，处于产业链顶端的半导体设计公司较直接感受到这种压力，同时也是推动电子产品低功耗设计发展趋势的主力。这些企业在降低集成电路产品功耗上堪称不遗余力，独具创新低功耗设计策略和技术的产品层出不穷。

对于嵌入式设备来说，处理器是嵌入式系统功耗的主要来源—对于手持设备而言，它几乎占据了除显示屏以外的整个系统功耗的一半以上，所以选择合适的处理器对于较后的系统功耗大小有决定性的影响。RSIC微控制器和DSP都已在这些系统中得到广泛使用。尽管传统上RSIC处理器可以高效地处理控制流，DSP可很好地处理数据流(如音频应用)。由于目前很多嵌入式系统对控制和媒体处理都有要求，工程师大多在电路板或SoC中以某种形式把 DSP和MCU结合在一起，因为单一的DSP或者MCU处理器很难满足当前系统要求的处理能力或指令特性。

                     表1：几种常用处理器平台主要特性比较。

美国ADI公司作为全球低功耗半导体设计技术的领导企业，其低功耗、高性能的模拟产品为全球电子产品的技术发展产生了极其重要的贡献，而独具优势的Blackfin汇聚式处理器系列更为核心平台提供了低功耗的引擎：基于单一的架构，这种处理器致力于对复杂的需实时处理的媒体数据流和通常由RISC处理器完成的面向控制的任务提供一个优化的方案，融合数字信号处理器与微控制器的汇聚式特性在降低系统功耗上具有独特的优势。

汇聚式架构的低功耗基因

（一）独特架构建立低功耗硬件平台

Blackfin处理器基于由 ADI和Intel公司联合开发的微信号架构（MSA），它将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加（MAC）信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在了一起。

这种数字信号处理器与微控制器相结合的架构特征使得Blackfin处理器具备了低功耗的基因：能够在信号处理和控制处理应用中均发挥上佳的作用，在当前许多应用场合中，Blackfin可以免除增设单独的异构处理器的需要；另外，与同级的其它处理器相比，Blackfin极高的性能确保了作为处理器平台的性能裕量，在满足一般的数字处理及控制处理的同时，常常还有足够的性能裕量来满足基于软件的功能扩展需求，避免增加额外的硬件带来的功耗增加。

当前大部分嵌入式设备中，音视频、网络协议栈和专用算法的处理缺一不可，这正是融合数字信号处理器和微控制器特性于一身的汇聚处理器所擅长的，汇聚式处理器可以避免同级方案中的多处理器芯片产生额外功耗的弊端。在图像编解码的部分，Blackfin是软解压方式，它的可编程架构特性可以更为灵活的支持不同的压缩算法；Blackfin对各种协议栈具有很好的支持，提供大量的相关库资源；在专用算法上，同样良好的生态体系为工程师提供了大量的专用算法软件模块，Blackfin强大的处理能力确保各种算法的实现性能。所有这些都确保您的设计能以单处理器在满足产品功能、性能的条件下，在重要的低功耗特性上超越竞争对手。

以当前热门电子产品数码相框为例，当前大部分中低端产品方案采用“150MHz以下主频处理器+特定格式媒体硬件解码器”双芯片硬件平台，要实现WiFi无线连接、通信或数据加密等扩展功能时，还必须增加对应的硬件芯片，不仅增加了BOM成本、设计难度，更牺牲了系统功耗，这对于便携式应用来说是不可容忍的。

（二）动态电源管理

Blackfin处理器的一个显著特点是实现了动态电源管理(DPM)，从而使Blackfin器件始终具备较大的电源效率。所有的 Blackfin 处理器均采用了多种节能技术，其中动态电源管理特性的节能意义明显。Blackfin处理器基于一种选通时钟内核设计，可按照逐条指令来选择性地切断功能单元的电源。Blackfin 处理器还支持多种针对所需CPU动作极少（或根本不需要 CPU 动作）期间的断电模式。值得特别一提的是，Blackfin处理器还支持一种自含动态电源管理电路，借助该电路即可对工作频率和电压进行独立控制，以满足正在执行的算法的性能要求。这些转换可以在一个 RTOS 或用户固件的控制之下连续出现。大多数 Blackfin 处理器都提供了片上内核稳压电路，并可在低至0.8V 的电压条件下工作，能极大地降低系统的功耗。

为了达到较大的能源效率，同时以低功耗实现较高性能，Blackfin处理器采用了各种高级设计技术，包括：可编程电压与频率调节、时钟周期分辨率动态时钟门控、支持深度睡眠与休眠模式的多电源域、可实现总线激活能量较小化的高代码密度、用于实现较佳性能与电源效率的混合阈值电压晶体管、实现较大电源效率的完全定制的处理器内核、使用灵活的硬件加速器，以及支持mSDRAM以实现较小板级功耗。

Blackfin处理器具备一个功能强大的电源管理系统。通过控制内部电压调节器中的锁相环路，可以设置多种不同的功耗和性能选项。对于任何处理器来说，其功耗均为工作频率和电压平方的函数。通过控制工作频率和电压，可以控制处理器的功耗。然而，对PLL和电压调节器进行编程没有想象的那么简单，需要对寄存器进行编程、生成中断、等待PLL稳定下来，这其实是一个相当复杂的过程，也非常容易出错。利用Blackfin处理器动态电源管理服务程序提供的函数，只要调用这个函数就可以改变系统和内核的时钟频率、改变处理器的运行模式。用户还可以改变内核时钟频率和系统时钟频率，当内核和系统时钟频率改变后，电源管理服务程序将自动调节电压电平，以便尽可能较大限度地节省功耗。

例如，如果用户选择了一个较低的内核CCLK和系统SCLK频率设置，那么，电源管理服务程序自动将电压电平降至该频率设置下的较低值。相反地，如果要较大限度地提高处

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