ARM芯片的低功耗优势正逐渐消失

ARM 芯片的低功耗优势正逐渐消失

随着处理器产品的发布时间延后，对于ARM 服务器能够得以成功应用的希望也越来越渺茫，戴尔公司一名高层管理人员表示。

戴尔公司服务器总经理Forrest Norrod 表示：基于正在测试中的ARM 处理器，戴尔公司将提供其ARM 服务器产品。但是，随着其竞争对手芯片公司的迎头赶上，ARM 处理器具有相对较低功耗的这一主要优势也正在迅速消失，这就意味着用户更没有什幺理由会投资其它架构而不继续应用

x86 架构了。

坦率地说，我认为整个系统的开发进度要比之前的预期更慢了一点。

各类公司都曾经表示过，有兴趣致力于基于ARM 架构的处理器生产服务器产品，这并不只是指单单生产出元件本身，而是将其设计授权给生产厂家。但时至今日，ARM 的64 位服务器处理器的正式商用版仍然未能问世。

嵌入式系统的低功耗设计

第27卷第6期增刊　2006年6月 仪　器　仪　表　学　报 Chinese Journal of Scientific Instrument Vol.27No.6 J une.2006　 嵌入式系统的低功耗设计 3 杨天池　金　梁　王天鹏 (解放军信息工程大学　郑州　450002) 摘　要　嵌入式系统的电源管理是系统设计中关键部分,合理的电源管理方案可以减少系统的功耗并提高整体性能。本文提出了一种层次化的电源管理结构,分别为硬件层、驱动层、操作系统层、电源管理层和应用层。本文同时引入了动态的电源管理方法来解决电源功耗的动态管理问题。通过在实际的系统中的测试表明,该电源管理机制的有效性。关键词　嵌入式系统　低功耗设计　动态电源管理　PXA255 Low pow er design in embedded system Yang Tianchi Jin Liang Wang Tianpeng (Universit y of I nf ormation Engineering ,Zhengz hou 450002,China ) Abstract Proper power management mechanism is important when designing embedded system.It is helpful to reduce power consumption and improve performance.This low power model adopt s five 2layer architecture ,which are hardware platform ,driver layer ,operating system ,power manage mechanism and application program.Dynamic power management (DPM )technology is also introduced to solve the problem of power consumption.The experiment on embedded system demonstrates t hat this power management mechanism is feasible.K ey w ords embedded system low power design dynamic power management PXA255 　3基金项目:河南人才创新基金(0421000100) 1　引 言 随着嵌入式系统的发展以及应用面的不断扩展,功耗控制是系统设计中必不可少的组成部分。如何最大限度的降低系统功耗、减少不必要的能源损失、延长电池使用时间已经成为嵌入式系统特别是便携式系统设计中研究的热点问题。系统的低功耗设计,并非是某一方面、某一角度的解决方案,而应当从系统级的设计考虑功耗的节省,是一个硬件设计与软件控制相互结合的协调过程。 2　低功耗电路模型 低功耗设计对于无线设备、PDA 等便携式设备的实际应用具有重要的意义。低功耗元件的发展和系统设计的进步使得通用计算技术可以用到表、无线电话、 PDA 和桌面计算机中。在这些系统中的电源管理技 术传统上集中在休眠模式和设备能源管理这2个方面上[1]。但是,这样的电源管理缺乏直观性和灵活性,而且功耗的降低,并非单独软件、硬件单方面可以解决的[2],因此设计并建立如图1所示的系统低功耗设计模型。整个模型由硬件平台,驱动层,操作系统层,电源管理机制层和应用程序五个部分组成。 2.1　硬件平台 几乎所有系统功耗都集中于硬件平台,因此降低硬件平台的功耗是实现低功耗的基本所在。公式(1)为系统功耗的表达式: P ∞CV 2 f (1) 式中:C 是负载电容,V 是器件电压,f 是工作频率[3]。系统功耗同负载电容、器件电压平方以及工作频率成正比。因此,硬件平台设计多选用低电压,电压、频率可调器件,以及采用SOC 设计来进一步降低功耗[4,5]。另外,模式可控器件在空闲状态消耗的能量为运行状

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术 摘要：现阶段各行业的发展离不开对能源的消耗，随着目前节能技术要求的不 断提升，降低功耗成为行业发展的重要工作之一。本文围绕集成电路的功耗优化 以及低功耗设计技术展开分析，针对现阶段常见的低功耗设计方式以及技术进行 探究，为集成电路功耗优化提供理论指导。 关键词：集成电路；功耗优化；低功耗 目前现代节能技术要求不断提升，针对设备的功耗控制成为当前发展的主要问题之一。 针对数字系统的功耗而言，决定了系统的使用性能能否得到提升。一般情况下，数字电路设 计方面，功耗的降低一直都是优先考虑的问题，并且通过对整个结构进行分段处理，同时进 行优化，最后总结出较为科学的设计方案，采用多种方式降低功耗，能够很大程度上提升设 备的使用性能。下面围绕数字电路的功耗优化以及低功耗设计展开分析。 一、设计与优化技术 集成电路的功耗优化和低功耗设计是相对系统的内容，一定要在设计的每个环节当中使 用科学且合理的技术手段，权衡并且综合考虑多方面的设计策略，才能够有效降低功耗并且 确保集成电路系统性能。因为集成电路系统的规模相对较大且具有一定的特殊性，想要完全 依靠人工或者手动的方式来达到这些目的并不现实且缺少可行性，一定要开发与之对应的电 路综合技术。 1 工艺级功耗优化 将工艺级功耗应用到设计当中，通常情况下采取以下两种方式进行功耗的降低： 首先，根据比例调整技术。进行低功耗设计过程中，为了能够实现功耗的有效降低会利 用工艺技术进行改善。在设计过程中，使用较为先进的工艺技术，能够让设备的电压消耗有 效缩减。现阶段电子技术水平不断提升，系统的集成度也随之提高，目前采用的零件的规格 也逐渐缩小，零件的电容也实现了良好的控制，进而能够很大程度上降低功耗。借助比例技术，除了能够将可见晶体管的比例进行调整，而且也能够缩小互连线的比例[1]。目前在晶体 管的比例缩小方面，能够依靠缩小零件的部分重要参数，进而在保持性能不被影响的情况下，通过较小的沟道长度，确保其他的参数不受影响的栅压缩方式，进而将零件的体积进行缩减，同时也缩短了延长的用时，使功耗能够有效降低。针对互连线缩小的方式主要将互连线的整 个结构进行调整，工作人员在进行尺寸缩减的过程中，会面临多方面的难题，比如系统噪音 无法控制，或者降低了电路使用的可靠性等等。 其次，采用封装技术进行降低。采用封装技术，能够让芯片与外部环境进行有效的隔离，进而避免了外部环境给电气设备造成一定的破坏与影响，在封装阶段，芯片的功耗会受到较 大的影响，因此需要使用更加有效的封装手段，才能够提升芯片的散热性，进而有效降低功 耗[2]。在多芯片的情况下，因为芯片与其他芯片之间的接口位置会产生大量的功耗，因此针 对多芯片采取封装技术，首先降低I/0接口的所有功能，接着解决电路延迟的问题，才能够 实现对集成电路的优化。 2 电路功耗优化 一般情况下，对电路级的功耗会选择动态的逻辑设计。在集成电路当中，往往会包含多 种电路逻辑结构，比如动态、静态等等，逻辑结构从本质上而言具有一定的差异性，这种差 异性也使得逻辑结构有着不同作用的功能。动态逻辑结构有着较为典型的特性[3]。静态的逻 辑结构当中所有的输入都会对接单独的MOS，因此逻辑结构功耗更大，动态的逻辑结构当中 电路通常具备N、M两个沟道，动态电路会利用时钟信号采取有效的控制，进而能够实现预

集成电路低功耗设计方法研究【文献综述】

毕业设计文献综述 电子信息科学与技术 集成电路低功耗设计方法研究 摘要:随着IC制造工艺达到纳米级，功耗问题已经与面积、速度一样受到人们关注，并成为制约集成电路发展的关键因素之一。同时，由于电路特征尺寸的缩小，之前相比于电路动态功耗可以忽略的静态漏功耗正不断接近前者，给电路低功耗设计提出了新课题，即低漏功耗设计。本文将分析纳米工艺下芯片功耗的组成和对低漏功耗进行研究的重要性，然后介绍目前主要的低功耗设计方法。此外，由于ASIC技术是目前集成电路发展的趋势和技术主流，而标准单元是ASIC设计快速发展的重要支撑，本文在最后提出了标准单元包低漏功耗设计方法，结合电路级的功耗优化技术，从而拓宽ASIC功耗优化空间。 关键字：低功耗，标准单元，ASIC设计 前言： 自1958年德克萨斯仪器公司制造出第一块集成电路以来，集成电路产业一直以惊人的速度发展着，到目前为止，集成电路基本遵循着摩尔定律发展，即集成度几乎每18个月翻一番。 随着制造工艺的发展，IC设计已经进入了纳米级时代：目前国际上能够投入大规模量产的最先进工艺为40nm，国内的工艺水平正将进入65nm；2009年，Intel酷睿i系列创纪录采用了领先的32nm 工艺，并且下一代22nm工艺正在研发中。但伴随电路特征尺寸的减小，电路功耗数值正呈指数上升，集成电路的发展遭遇了功耗瓶颈。功耗问题已经同面积和速度一样受到人们重视，成为衡量IC设计成功与否的重要指标之一。若在设计时不考虑功耗而功利地追求集成度的提高，则可能会使电路某些部分因功耗过大引起温度过高而导致系统工作不稳定或失效。如Intel的1.5GHz Pentium Ⅳ处理器，拥有的晶体管数量高达4200万只，功率接近95瓦，整机生产商不得不为其配上了特大号风扇来维持其正常工作。功耗的增大不仅将导致器件的可靠性降低、芯片的稳定性下降，同时也给芯片的散热和封装带来问题。因此，功耗已经成为阻碍集成电路进一步发展的难题之一，低功耗设计也已成为集成电路的关键设计技术之一。 一、电路功耗的组成 CMOS电路中有两种主要的功耗来源，动态功耗和静态功耗。其中，动态功耗包括负载电容的充放电功耗(交流开关功耗)和短路电流引起的功耗；静态功耗主要是由漏电流引起的功耗，如图1所示。

嵌入式系统知识点

嵌入式系统知识点 1.什么是嵌入式系统。 2.嵌入式系统三要素 3.嵌入式处理器的类型 4.大端存储格式的规则是______；小端存储格式的规则是。 5.ARM是______的处理器，有_____个工作状态，工作在_____状态时，执行的是32位指令集，工作在_____状态时，执行的是16位指令集。_____指令集是_____指令集的子集。 6.ARM有_____种工作模式。它们的名称和缩写分别是：（）。其中特权模式是指：（），异常模式又是指：（）。当前工作模式状态及设置是由_____寄存器中的M[4：0]五位决定的，每种模式对应的M[4：0]值是：（）。 7.ARM的异常中断有_____种，它们的名称是：（），对应的中断入口地址是：（），默认的优先级是：（）。 8.ARM核内共有_____寄存器，分_____、_____两类。按工作模式不同可分_____个寄存器组。在ARM状态时的寄存器有：所有模式下均能访问的寄存器是（）；除（）模式外均能访问寄存器R0-R12，（）模式只使用自己的专用寄存器R8-R12；在（）模式中，每个模式均有自己的R13、R14、SPSR 寄存器。其中R13是作_____寄存器共_____个、R14是作_____寄存器共_____个、R15是作_____寄存器共_____个。在Thumb状态下的寄存器：通用寄存器是_____，有_____组；SP堆栈指针寄存器共有_____个，LR_____寄存器共有_____个；PC_____寄存器有_____个，CPSR_____寄存器有_____个，SPSR_____寄存器有_____个。 9.ARM7系列是_____级流水线，即_____、_____、_____。程序计数器R15（PC）总是指向取指的指令，因此PC总是指向第_____条指令。 对于ARM指令有： PC值=当前程序执行位置+_____； 对于Thumb指令有： PC值=当前程序执行位置+_____。 10.ARM的寻址方式有七种，它们是：（）。 11.LDR指令 LDR R4, STSRT ;将存储地址为START的字数据读入R4

数字集成电路低功耗分析

数字集成电路低功耗分析 摘要： 电子产品功耗的大小不仅限制了便携设备电池使用时间,也在一定程度上影响着设备性能。研究如何降低功耗己经成为所有IC设计者必须考虑的重要问题，对功耗的优化也是目前每个IC设计企业的必要环节。本文主要对数字集成电路功耗的优化方法进行了分析，分别从工艺级、电路级、版图级、门级、寄存器级、算法级和系统级分析了低功耗的优化方法。 关键词：低功耗；集成电路；优化 引言： 随着移动设备快速大量的增加和芯片处理速度的提高，芯片的功耗己成为集成电路设计者必须考虑的重要问题，于此同时对芯片的整体性能评估己经由原来的面积和速度变成了面积、时序、可测性和功耗的综合考虑，而且功耗所占的比重越来越大。 低功耗技术的研究背景： 集成电路是一个二十世纪发展起来的高技术产业，也是二十一世纪世界进入信息化社会的前提和基础。在1958年德克萨斯仪器公司生产出第一块集成电路，集成电路产业就一直保持着快速的发展速度，处在数字化和信息化时代的今天，数字集成电路的应用和改进显得尤为重要，从电子管到晶体管再到中小规模集成电路和超大规模集成电路，到现在市场上主流的专用集成电路(ASIC)，以及现处于快速发展的系统级芯片，数字集成电路始终朝着速度更快，集成度更高，

规模更大的方向不断发展。从目前状况来看，数字集成电路基本上仍然遵循摩尔定律来发展—集成度几乎每18个月增长一倍。但是随着芯片规模的不断扩大，功耗问题变得越来越突出，并且成为制约数字集成电路发展的重要因素。长期以来，面积最小化和处理的高速度是数字集成电路设计中最主要的问题。现在，因为新的IC技术工艺的使用和集成度越来越高，降低芯片功耗逐渐成为了非常重要的一个因素。在亚微米和深亚微米的技术中，由于能量消耗而产生的余热使电路中的某些功能受到了不同程度的影响。功耗的增加意味着电迁移率的增加。当芯片温度上达到一定的程度时，电路就无法正常工作，因此复杂系统的性能就会被严重的影响到，并且整个系统的可靠性将会降低，尤其对于要求具有长生命周期和高可靠性的电子产品来说，降低功耗是必然的选择。从产品市场需求来看，近年来依靠电池供电的数码产品的大量使用如便携电脑、移动通讯工具等，这些产品的功耗严重影响着用户的使用体验，为了使产品具有更长的使用时间，迫切需要降低产品功耗。目前，功耗的优化方法有很多种，也越来越具有针对性，但大体思路都是通过降低工作电压和工作频率、减少计算量等方法来实数字集成电路的功耗优化。数字集成电路低功耗优化的下一个研究方向是结合多个层次的功耗分析及优化方法。 数字集成电路低功耗优化方法： 低功耗设计技术大致可以分为两类：动态技术和静态技术。静态技术是指从系统构造、工作原理方面入手，降低系统功耗,如选用低功耗器件，采用异步电路体系设计等。而动态技术则是通过改变系统

MRS201低功耗霍尔元件

TMR 超低功耗全极磁开关 概述 是一款集成了隧道磁阻（TMR ）传感器和CMOS 技术，为高灵敏度、高速、低功耗、高精度应用而开发的全极磁开关。采用高精度推挽式半桥TMR 磁传感器和CMOS 集成电路，包括TMR 电压发生器、比较器、施密特触发器和CMOS 输出电路，能将变化的磁场信号转化为数字电压信号输出。通过内部电压稳压器来提供温度补偿电源，并允许宽的工作电压范围。以低电压工作、1微安级的供电电流、高响应频率、宽的工作温度范围、优越的抗外磁干扰特性成为众多低功耗、高性能应用的理想选择。采用两种封装形式：SOT23-3和TO-92S 。 功能框图 产品特性 ? 隧道磁电阻 (TMR) 技术 ? 1.5微安超低功耗 ? 高频率响应可达1kHz ? 全极磁开关 ? 高灵敏度，低开关点 ? 宽工作电压范围 ? 卓越的温度稳定性 ? 优越的抗外磁场性能 典型应用 ? 流量计，包括水表、气表和热量表 ? 接近开关 ? 速度检测 ? 线性及旋转位置检测 磁开关MRS201MRS201MRS201MRS201MRS201MRS201

管脚定义 TO-92S SOT23-3 极限参数 性能参数(V CC = 3.0V, T A = 25°C) 注：在以上测试中，电源和地之间需连接一个0.1μF的电容。

磁特性(V CC = 3.0V, T A = 25°C) 电压和温度特性 输出和磁场关系 注：上电时，在工作磁场为零时，输出信号为高电平。 磁场感应方向磁场强度

MRS201应用指南 封装尺寸 SOT23-3封装图： 平行于TMR 传感器敏感方向的磁场超过工作点门限︱B OPS ︱(︱B OPN ︱)时，输出低电平。当平行于TMR 传感器敏感方向的磁场低于释放点︱B RPS ︱(︱B RPN ︱)时，输出高电平。磁场工作点和释放点的差值就是传感器的回差B H 。 为了降低外部噪音，推荐在传感器电源和地之间增加一个滤波电容（靠近传感器）。如应用电路图所示，典型值为0.1μF 。 MRS201

嵌入式系统原理与接口复习要点及思考题答案(计)

嵌入式系统原理与接口复习要点及思考题答案(计)

各位：根据掌握要点认真复习，后面附有作业题答案。 第1章掌握要点 1.1.1节嵌入式系统的概念 1.1．3节嵌入式系统的特点 1.3节嵌入式处理器 1.4节嵌入式系统的组成（看课件，有补充的内容） 补：1.嵌入式系统开发过程？ 2.嵌入式系统调试常用的基本方法 3.交叉编译和交叉调试 4.嵌入式操作系统 第2章掌握要点 2.1节计算机体系结构分类 2.3.1节 ARM和Thumb状态 2.3.2节 RISC技术 2.3.3节流水线技术 2.4.1 ARM存储系统 2.4.2 Cache:写通、写回、读操作分配cache、写操作分配cache、工作原理、地址映像 2.4.3节 ARM存储系统 补充: (见课件) 1. ARM简介：ARM的命名方式、5种变形

2.理解片内Flash的3种编程方法。 3.理解ARM7芯片存储器存储空间分布。（8个bank，每个bank32MB）第3章掌握要点 3.1节ARM编程模式：处理器模式、处理器工作状态、寄存器组织、 异常中断 3.2节指令格式和寻址方式 3.3节指令系统：掌握和熟练应用课件所讲的指令、可编程序段 第5章掌握要点 5.1节键盘接口：行扫描法原理、掌握编写驱动程序 5.2节 LED显示器接口：理解工作原理，掌握编写驱动程序 5．5.1节 UART异步串行接口：异步通信格式、接收的4种错误类型、初始化、发送程序、接收程序 第1章作业题答案： 1.什么是嵌入式系统？ ?第一种，根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 ?第二种，嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专 用计算机系统。

嵌入式系统的低功耗问题分析研究

嵌入式系统的低功耗问题分析研究 【摘要】本文介绍了新低功耗技术在当代微控制器中的应用，特别是深度睡眠模式操作技术的应用。通过分析减少功耗的因素，讨论如何配置微控制器来实现极低功耗的嵌入式设计。 【关键词】低功耗；省电模式；睡眠模式；深度睡眠模式 1.引言 随着越来越多的电子设备由电池供电，低功耗问题已越来越受到关注。近年来，微控制器制造商也不断在使用新的方式来控制功耗，比如说设计各种各样的电子开关。通过从电子开关芯片的部件上减小功率，可以极大减少能耗的输出。另外在电压监控电路方面也有一些研究，持续使用也可以有效的减少能耗。因此， 对于任何电气系统的设计，功耗都是其重要的考虑因素。尤其是对于位于无数现代设备核心的嵌入式系统和能使这些大部分系统工作的微控制器。嵌入式系统在市场中的拓展应用，应用的领域如便携式电子产品，计量应用和医疗设备，使得功耗成为嵌入式系统设计的最重要的考虑之一。重要的是，一个微控制器不仅消耗尽可能少的功率，并且还有允许最小功耗设计的功能。为了设计出最好的系统，工程师必须了解一个微控制器可能提供的所有的节电功能，功能包括选择最好的设备，以及如何利用利用这些特性来达到最经济的能源利用。 2.影响微处理器的能耗因素 影响微处理器的能耗因素主要有两个：动态功率和静态功率。 动态功率的消耗目前是由数字逻辑开关引起的，这时微控制器处于主动模式。动态功率主要受到时钟速度的影响，另外是受到电压和温度的影响。因此，动态功率的控制在很大程度上是时钟速度的控制。 静态功率的消耗是当主时钟被禁用时，微控制器处于断电模式引起的。静态功率主要是由晶体管漏和电压控制器所使用的电流产生的。对于许多的微控制器来说，还需要必要的逻辑时钟来从静态功耗模式中恢复操作（比如看门狗定时器）。静态功率主要受到电压高低和温度的影响，这两者也是对晶体管漏电流产生的重要因素。因此，尽管大部分的静态功耗取决于设备的设计和制造过程。 通过以上分析电压对动态功率和静态功率都有影响，最低供电电压对微控制器的低功耗来说是非常关键的。可以通过公式1得到平均电流。平均电流可以用来评估低功率性能。平均电流越小，低功率性能越好。 平均电流

嵌入式系统原理与应用复习知识点总结

第一章 1、嵌入式系统的应用范围：军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业 控制。 2、嵌入式系统定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件 与硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专 用计算机系统。（嵌入式的三要素：嵌入型、专用性与计算机系统）。 3、嵌入式系统的特点：1)专用性强；2）实时约束；3）RTOS；4）高可靠性；5） 低功耗；6）专用的开发工具和开发环境；7）系统精简； 4、嵌入式系统的组成： （1）处理器：MCU、MPU、DSP、SOC； （2）外围接口及设备：存储器、通信接口、I/O 接口、输入输出设备、电源等；（3）嵌入式操作系统：windows CE、UCLinux、Vxworks、UC/OS; （4）应用软件：Bootloader 5、嵌入式系统的硬件：嵌入式微处理器（MCU、MPU、DSP、SOC），外围电路， 外部设备； 嵌入式系统的软件：无操作系统（NOSES），小型操作系统软件（SOSE）S，大型 操作系统软件（LOSES）注：ARM 处理器三大部件：ALU、控制器、寄存器。 6、嵌入式处理器特点：（1）实时多任务；（2）结构可扩展；（3）很强的存储区 保护功能；（4）低功耗； 7、DSP处理器两种工作方式：（1）经过单片机的DSP可单独构成处理器；（2） 作为协处理器，具有单片机功能和数字处理功能； 第二章 1、IP核分类：软核、固核、硬核； 2、ARM 处理器系列：（1）ARM7系列（三级流水，thumb 指令集，ARM7TDMI）; (2)ARM9系列（DSP处理能力，ARM920T）（3）ARM/OE（增强DSP）（4）SecurCone 系列（提供解密安全方案）；（5）StrongARM系列（Zntle 产权）；（6）XScale系列（Intel 产权）；（7）Cortex 系列（A：性能密集型；R：要求实时性；M：要求低 成本） 3、ARM 系列的变量后缀：（1）T：thumb 指令集；（2）D：JTAG调试器；（3）快

(完整word版)嵌入式系统设计与应用

嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统

超低功耗电路的设计原则及设计分析

超低功耗电路的设计原则及设计分析 以手机为代表的电池供电电路的兴起,为便携式仪表开创了一个新的纪元。超低功耗电路系统(包括超低功耗的电源、单片机、放大器、液晶显示屏等)已经对电路设计人员形成了极大的诱惑。毫无疑问,超低功耗电路设计已经对低功耗电路提出了挑战,并将扩展成为电子电路中的一个重要应用领域。 虽然超低功耗设计仍然是在CMOS集成电路(IC)基础上发展起来的,但是因为用户众多,数千种专用或通用超低功耗IC不断涌现,使设计人员不再在传统的CMOS型IC上下功夫,转而选择新型超低功耗IC,致使近年来产生了多种超低功耗仪表。电池供电的水表、暖气表和煤气表近几年能够发展起来就是一个证明。目前,电池供电的单片机则是超低功耗IC的代表。 本文将对超低功耗电路设计原则进行分析,并就怎样设计成超低功耗的产品作一些论述,从而证明了这种电路在电路结构和性价比等方面对传统电路极具竞争力。 1 CMOS集成电路的功耗分析 无论是低功耗还是超低功耗IC,主要还是建立在CMOS电路基础上的。虽然超低功耗IC 对单元电路进行了新形式的设计,但作为功耗分析,仍然离不开CMOS电路基本原理。以74系列为代表的TTL集成电路,每门的平均功耗约为10mW;低功耗的TTL集成电路,每门平均功耗只有1mW。74系列高速CMOS电路,每门平均功耗约为10μW;而超低功耗CMOS 通用小规模IC,整片的静态平均功耗却可低于10μW。传统的单片机,休眠电流常在50μA～2mA范围内;而超低功耗的单片机休眠电流可达到1μA以下。 CMOS电路的动态功耗不仅取决于负载,而且就电路内部而言,功耗与电源电压、集成度、输出电平以及工作频率都有密切联系。因此设计超低功耗电路时不得不对全部元件的内外性质做仔细分析。 CHMOS或CMOS电路的功耗特性一般可以表示为: P=PD+PA

嵌入式系统原理与设计知识点整理

第一章嵌入式处理器 1嵌入式系统的概念组成： 定义：以应用为主，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，满足系统对功能、性能、可靠性、体积和功耗有严格要求的计算机系统。 组成：硬件：处理器、存储器、I / O设备、传感器 软件：①系统软件， ②应用软件。 2.嵌入式处理器分类特点： 分类：①MPU（Micro Processor Unit）微处理器。一块芯片，没有集成外设接口。部主要由运算器，控制器，寄存器组成。 ②MCU（Micro Controller Unit）微控制器（单片机）。一块芯片集成整个计算机系统。 ③EDSP（Embled Digital Signal Processor）数字信号处理器。运算速度快，擅长于大量重复数据处理 ④SOC（System On Chip）偏上系统。一块芯片，部集成了MPU和某一应用常用的功能模块 3.嵌入式处理器与通用计算机处理器的区别： ①嵌入式处理器种类繁多，功能多样 ②嵌入式处理器能力相对较弱，功耗低 ③嵌入式系统提供灵活的地址空间寻址能力 ④嵌入式系统集成了外设接口 4.①哈佛体系结构：指令和数据分开存储————————（嵌入式存储结构） 特征：在同一机器周期指令和数据同时传输 ②·诺依曼体系结构：指令和数据共用一个存储器——（通用式存数结构） 数据存储结构（多字节）： 大端方式：低地址存高位；小端方式：高地址存高位 6.ARM指令集命名：V1~V8 （ARMV表示的是指令集）

7.ARM核命名：. 命名规则：ARM｛x｝｛y｝｛z｝｛T｝｛D｝｛M｝｛I｝｛E｝｛J｝｛F｝｛S｝｛x｝——系列（版本） ｛y｝——当数值为“2”时，表示MMU（存管理单元） ｛z｝——当数值为“0”时，表示缓存Cache ｛T｝——支持16位Thumb指令集 ｛D｝——支持片上Debug（调试） ｛M｝——嵌硬件乘法器 ｛I｝——嵌ICE（在线仿真器）——支持片上断点及调试点 ｛E｝——支持DSP指令 ｛J｝——支持Jazzle技术 ｛F｝——支持硬件浮点 ｛S｝——可综合版本 8. JTAG调试接口的概念及作用： ①概念：（Joint Test Action Group）联合测试行动小组→检测PCB和IC芯片标准。（P CB→印刷电路板IC→集成芯片） ②作用（1）硬件基本功能测试读写 （2）软件下载：将运行代码下载到目标机RAM中 （3）软件调试：设置断点和调试点 （4）FLASH烧写：将运行最终代码烧写到FLASH存储器中。 9.GPIO概念：（General Purpose I/O Ports）通用输入/输出接口，即处理器引脚。 10.S3C2410/S3C2440 GPIO引脚 S3C2410共有117个引脚，可分成A——H共8个组，（GPA，GPB，…GPH组） S3C2440共有130个引脚，可分成A——J共9个组，（GPA，GPB，…，GPH，GPJ 组） 11.GPxCON寄存器,GPxDAT寄存器,GpxUP寄存器的功能，各位含义和用法 ①GPxCON寄存器（控制寄存器）——设置引脚功能 →GPACON（A组有23根引脚，一位对应一个引脚，共32位，拿出0~22位，其余没用） （若某一位是）0：（代表该位的引脚是一个）输出引脚 1：地址引脚 →GPBCON——GPH/JCON（用法一致，两位设置一个引脚） 00：输入引脚 01：输出引脚 10：特殊引脚 11：保留不用 GPBCON ②GPxDAT寄存器（数据寄存器）——设置引脚状态及读取引脚状态 若某一位对应的是输出引脚，写此寄存器相应位可令引脚输出高/低电平。 若某一位对应的是输入引脚，读取此寄存器可知相应引脚电平状态。GPBDAT

产品低功耗设计

通过对几个方面的分析较为全面地介绍了嵌入式系统的低功耗设计方法。其中涉及到了CMOS 器件功耗的理论分析，线性稳压和DC to DC的电路介绍, 并以实际的芯片和电路比较进行了功耗分析，较为综合地总结了低功耗设计的若干方法和技巧。 关键词：低功耗设计（Low-Power Design）、动态电源管理（DPM）、线性稳压（Linear Regulator）、DC to DC、LDO（Low Drop-Out） 经过近几年的快速发展，嵌入式系统（Embedded system）已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分???。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增（IDC预测），嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。 在嵌入式系统的设计中，低功耗设计（Low-Power Design）是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中去，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电，所以设计人员从每一个细节来考虑降低功率消耗，从而尽可能地延长电池使用时间。事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题。 那么,我们应该从哪些方面来考虑低功耗设计呢？笔者认为应从以下几方面综合考虑： 1处理器的选择 2接口驱动电路设计 3动态电源管理 4电源供给电路的选择 下面我们分别进行讨论： 一、处理器的选择 我们对一个嵌入式系统的选型往往是从其CPU和操作系统（OS）开始的，一旦这两者选定，整个大的系统框架便选定了。我们在选择一个CPU的时候，一般更注意其性能的优劣（比如时钟频率等）及所提供的接口和功能的多少，往往忽视其功耗特性。但是因为CPU是嵌入式系统功率消耗的主要来源---对于手持设备来讲，它几乎占据了除显示屏以外的整个系统功 耗的一半以上（视系统具体情况而定），所以选择合适的CPU对于最后的系统功耗大小有举足轻重的影响。 一般的情况下，我们是在CPU的性能（Performance）和功耗（Power Consumption）方面进行比较和选择。通常可以采用每执行1M次指令所消耗的能量来进行衡量，即Watt/MIPS。但是，这仅仅是一个参考指标，实际上各个CPU的体系结构相差很大，衡量性能的方式也不尽相同，所以，我们还应该进一步分析一些细节。

数字集成电路低功耗物理实现技术与UPF

数字集成电路低功耗物理实现技术与UPF 孙轶群sun.yiqun@https://www.sodocs.net/doc/fd3318298.html, 国民技术股份有限公司 Nationz Technologies Inc 摘要 本文从CMOS电路功耗原理入手，针对不同工艺尺寸下数字集成电路的低功耗物理实现方法进行描述，并着重描述了Synopsys UPF（Unified Power Format）对低功耗设计的描述方法。UPF是Synopsys公司提出的一种对芯片中电源域设计进行约束的文件格式。通过与UPF 格式匹配的Liberty文件，UPF约束文件可以被整套Galaxy物理实现平台的任何一个环节直接使用，并将设计者的电源设计约束传递给设计工具，由工具完成设计的实现工作，从而实现整套数字集成电路低功耗物理实现的流程。 1.0 概述 本文从数字集成电路低功耗设计原理下手，对设计中低功耗的实现技术进行描述，包括完成低功耗设计需要的库资料以及常用EDA工具对低功耗技术实现的方法。 2.0 CMOS电路的低功耗设计原理 CMOS电路功耗主要分3种，静态功耗主要与工艺以及电路结构相关，短路电流功耗主要与驱动电压、p-MOS和n-MOS同时打开时产生的最大电流、翻转频率以及上升、下降时间有关，开关电流功耗主要与负载电容、驱动电压、翻转频率有关。做低功耗设计，就必须从这些影响功耗的因素下手。 3.0 低功耗设计手段及Library需求 低功耗的设计手段较为复杂，但对于不同的设计，或者不同的工艺，实现的方法却各不相同。 3.1 0.18um及以上工艺 0.18um及以上工艺，在低功耗设计手段上较为有限，主要原因在于，静态功耗很小，基本不用关心。 动态功耗方面，主要的功耗来自于Switching Power，即与负载电容、电压以及工作中的信号翻转频率相关。 减小负载电容，就必须在设计上下功夫，减少电路规模。减少信号翻转频率，除了降低时钟频率外，只有在设计上考虑，能不翻转的信号就不翻转。至于电压，由于0.18um及以上工艺的阈值电压有一定的限制，因此，供电电压降低，势必影响工作频率。 一般说来，在0.18um工艺下设计电路，主要有以下几种对低功耗设计的考虑。 3.1.1 静态功耗可以忽略 根据现有项目经验可知，利用0.18um工艺Standard Cell设计出来的某芯片，数字逻辑加上Ram和Rom约40万门的电路，在完全静止的状态下，功耗约200uA左右（实测数据为400uA 左右，包括了50uA Flash，30uA的PHY，113uA的VR，其他模拟部分漏电不大，因此这里估算为200uA）。这样的功耗，我们是可以接受的。如果非要减少静态功耗，则可以参照90nm工艺的设计思路，专门设计高阈值电压的MOSFET，或者专门设计切断电源所需的元件，但由此带来设计的复杂性，对0.18um工艺的影响还是很大的。如果设计规模没有那么大，且可以满足应用，往往还是可以忽略这个结果的。 3.1.2 时钟门控减小不必要的动态功耗 在寄存器的电路设计中，时钟输入端都会有一个反向器负载，就算输入端不发生变化，时钟的变化也会造成该反向器的变化，由此产生动态功耗。因此在如果该寄存器输入在某种条件下等于输出（即输出保持）时，可以将时钟门控住，以减少无效的时钟翻转。 时钟门控的实现原理如下图所示：

嵌入式系统原理与接口复习要点及思考题答案(计)

各位：根据掌握要点认真复习，后面附有作业题答案。 第1章掌握要点 1.1.1节嵌入式系统的概念 1.1．3节嵌入式系统的特点 1.3节嵌入式处理器 1.4节嵌入式系统的组成（看课件，有补充的内容） 补：1.嵌入式系统开发过程？ 2.嵌入式系统调试常用的基本方法 3.交叉编译和交叉调试 4.嵌入式操作系统 第2章掌握要点 2.1节计算机体系结构分类 2.3.1节 ARM和Thumb状态 2.3.2节 RISC技术 2.3.3节流水线技术 2.4.1 ARM存储系统 2.4.2 Cache:写通、写回、读操作分配cache、写操作分配cache、工作原理、地址映像 2.4.3节 ARM存储系统 补充: (见课件) 1. ARM简介：ARM的命名方式、5种变形

2.理解片内Flash的3种编程方法。 3.理解ARM7芯片存储器存储空间分布。（8个bank，每个bank32MB）第3章掌握要点 3.1节ARM编程模式：处理器模式、处理器工作状态、寄存器组织、 异常中断 3.2节指令格式和寻址方式 3.3节指令系统：掌握和熟练应用课件所讲的指令、可编程序段 第5章掌握要点 5.1节键盘接口：行扫描法原理、掌握编写驱动程序 5.2节 LED显示器接口：理解工作原理，掌握编写驱动程序 5．5.1节 UART异步串行接口：异步通信格式、接收的4种错误类型、初始化、发送程序、接收程序 第1章作业题答案： 1.什么是嵌入式系统？ ?第一种，根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 ?第二种，嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专 用计算机系统。

嵌入式系统低功耗设计研究与实现

华中科技大学 硕士学位论文 嵌入式系统低功耗设计研究与实现 姓名：梁晶 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：阳富民 20040429

摘要 嵌入式系统低功耗设计的目标是在满足用户对性能需求的前提下，尽可能降低系统的能耗，延长设备的待机时间。随着市场对可移动式嵌入式设备在体积和性能方面要求的不断提升，嵌入式设备小体积、高性能与有限的电池能量之间的矛盾嗣益突出，嵌入式系统低功耗设计是解决这一矛盾的有效手段。它包括硬件低功耗设计和软件低功耗设计两个方砸。 硬件低功耗设计为整个系统的低功耗运行提供硬件支持。电路级的硬件低功耗设计主要围绕处理器的低功耗特性和外围芯片的特点，设计处理器的供电电路和外围芯片的电源控制电路：处理器供电电路允许改变处理器内核的输入电压，使处理器内核的工作电压随着不同的处理器时钟频率而改变，以减小处理器的功耗；外围芯片的电源控制电路使处理器能够控制外围芯片电源的开启和关闭，从而能够减小外围芯片的功耗。 软件低功耗设计的主要目标是在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统中实现一套可行的低功耗管理策略，并且采用的技术和算法并不改变Ｌｉｎｕｘ现有的调度机制。主要工作包括：围绕处理器内核可动态改变时钟频率和工作电压的特点，在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统中实现可变电压技术；针对处理器提供的多种工作模式，在嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统中实现动态功耗管理，控制处理器在适当的时候睡眠或唤醒：针对外部设备的特点，在嵌入式Ｌｉｎｕｘ中实现外部设备的电源管理机制，包括外部设备的状态监控、睡眠和唤醒操作以及相应的管理策略。 关键字：嵌入式系统，低功耗设计，电源管理，可变电压技术，动态功耗管理 ｌ

嵌入式系统重点整理汇编

1.嵌入式系统：定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是应用于特定环境下执行面对专业领域的应用系统，其特点为：系统内核小，可裁剪；专业性强；系统精简；通常要求有高实时性的操作系统；嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境；一旦进入市场，就具有较长的生命周期。 嵌入式系统的典型组成： 按模块：中央处理器、外设、操作系统、应用 按体系结构：硬件层、中间层、操作系统、功能层 早期的嵌入式系统包含3个部分：硬件平台、嵌入式实时操作系统和应用程序；经过不断发展，在硬件平台和操作系统之间演化出了新的一层——硬件抽象层；硬件抽象层屏蔽了底层硬件的多样性，操作系统不再直接面对具体的硬件环境，而是由硬件抽象层代表的、逻辑上的硬件环境。板级支持包是大多数商用嵌入式操作系统实现可移植性所采用的一种方案，是硬件抽象层的一种实现。 2.嵌入式系统软件体系结构：早期的嵌入式系统包含3个部分：硬件平台、嵌入式实时操作系统和应用程序；经过不断发展，在硬件平台和操作系统之间演化出了新的一层——硬件抽象层；硬件抽象层屏蔽了底层硬件的多样性，操作系统不再直接面对具体的硬件环境，而是由硬件抽象层代表的、逻辑上的硬件环境。板级支持包是大多数商用嵌入式操作系统实现可移植性所采用的一种方案，是硬件抽象层的一种实现。 3.嵌入式系统的分类：按表现形式分（硬件范畴）：芯片级嵌入（含程序或算法的处理器），模块级嵌入（系统中的某个核心模块），系统级嵌入。按实时性要求分（软件范畴）：非实时系统（PDA），软实时系统，硬实时系统。嵌入式系统软件一般由嵌入式操作系统和应用软件组成；操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序，可分为：顺序执行系统（单任务系统，如DOS），分时操作系统：其特点包括多路性、交互性、“独占性”和及时性（UNIX），实时操作系统（RTOS）：计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，更取决于结果产生的时间，根据对产生时间要求的严格程度又可分为：硬实时操作系统，软实时操作系统。 4.嵌入式操作系统有RTOS和DTOS之分，说明RTOS的实时性含义 答：RTOS意指实时操作系统，RTOS的实时性并非是简单的要求嵌入式操作系统响应速度快，而是要求嵌入式操作系统对外部事件和软件任务请求的响应事件具有严格的确定性。 5.实时操作系统的特点：计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，更取决于结果产生的时间。 6.冯·诺伊曼与哈佛结构：冯·诺依曼结构：采用二进制代码表示数据和指令；采用存储程序工作方式，数据和程序都存储在存储器中；由存储器、运算器、控制器、I/O设备组成计算机硬件系统；总结：程序存储，程序执行。哈佛结构：采用分别用于存储数据和程序的两个存储器,两条总线的系统结构；各个部件有专用的数据、地址与控制总线；CPU和外设DMA的操作引入了某种并行度；区别：地址空间和数据空间分开与否。哈佛结构与冯·诺依曼结构的区别：使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，这两条总线之间毫无关联；冯·诺依曼体系结构的特点：数据与指令都存储在存储器中，被大多数计算机所采用，ARM7——冯·诺依曼体系。哈佛体系结构的特点：程序存储器与数据存储器分开，指令和数据可有不同的数据宽度，提供了较大的数据存储器带宽，适合于数字信号处理，大多数DSP都是哈佛结构，ARM9是哈佛结构。 7.中断的重要性：响应突发事件（异步事件）。对计算机发展的影响：使得计算机能解决客观世界的突发事情，如实时系统。使轮询系统到事件驱动系统成为可能。 8.编址方式：独立编址（I/O具有与内存不同的地址空间），统一编址（I/O与内存在同一地址空间） 9.指令：面向程序员（软件）。微指令：复杂指令由微指令有序序列实现（在CPU中实现）。区别：每条微指令所代表的都是很简单的基本操作；所有微指令的格式都很规则、简单、易于解码；取微指令的速度很快；微指令的执行速度很快。 10.机器码是是计算机能理解和执行的唯一语言.机器码的有序集合对应于高级语言的语句.机器码是指令的二进制表示形式.