DVFS的SoC低功耗技术
soc技术论文
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soc技术论文随着集成电路按照摩尔定律的发展,芯片设计已经进入了系统级芯片(SOC)阶段,下面是由店铺整理的soc技术论文,谢谢你的阅读。
soc技术论文篇一SOC设计中的低功耗技术【摘要】随着以IP(Intellectual Property)核复用为核心的设计技术的出现,集成电路(Integrated Circuit,IC)应用设计已经进入SoC(System on a Chip)时代,SoC是一种高度集成的嵌入式片上系统.,而低功耗也已成为其重要的设计目标。
【关键词】SoC;低功耗技术;功耗评估1.电路中功耗的组成要想实现低功耗,就必须了解电路中功耗的来源,对于CMOS电路功耗主要分为三部分,分别是电路在对负载电容充电放电引起的跳变功耗;由CMOS晶体管在跳变过程中,短暂的电源和地导通带来的短路功耗和由漏电流引起的漏电功耗。
其中跳变功耗和短路功耗为动态功耗,漏电功耗为静态功耗。
以下是SoC功耗分析的经典公式:P=Pswitching + Pshortcircut + Pleakage=ACV2f+τAVIshort+VIleak (1)其中是f系统的频率;A是跳变因子,即整个电路的平均反转比例;是C门电路的总电容;V是供电电压;τ是电平信号从开始变化到稳定的时间。
1.1跳变功耗跳变功耗,又称为交流开关功耗或负载电容功耗,是由于每个门在电平跳变时,输出端对负载电容充放电形成的。
当输出端电平有高到低或由低到高时,电源会对负载电容进行充放电,形成跳变功耗。
有公式(1)第一项可以看出,要想降低跳变功耗就需要降低器件的工作电压,减小负载电容,降低器件的工作频率以及减小电路的活动因子。
1.2短路功耗短路功耗又称为直流开关功耗。
由于在实际电路中,输入信号的跳变需要经过一定的时间。
所以当电压落到VTN和Vdd-VTP之间时(其中VTN和VTP分别为NMOS管和PMOS管的阈值电压,Vdd为电源电压),这样开关上的两个MOS管会同时处于导通状态,这是会形成一个电源与地之间的电流通道,由此而产生的功耗便成为短路功耗。
基于DVFS的移动通信终端省电方案
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的离散电压 、频率档 ,一般 可构建一个频率与 电压 的查 询表 ,然后把该对照表以硬编码的方式写到芯片 中。
当频率由高到低调整时, 应该先降频率, 再降 电压 ; , 相反 当升高频率时,应该先升 电压 ,再升频率 。
T — C MA产 业 的发展有着 重大 的技术 意义和现 实 D SD
意 义。
收稿日期 : 0】 0— 6 2 ;一 4 0
跟踪。射频单元 目 前已 有多家实现了单片集成。
() 拟 中频 单元 : 2模 主要包 括模数变换 器 ( C) AD
和数模变换器 ( AC)等部件。 D
2 D SD T - C MA终 端 的功 率 消耗
2 1T — C M . D SD A终端的总体结构
T ~ C MA用户终端的硬件方框图如图 1 D SD 【所示 , 3 主要包括 以下几个单元。 ( ) 频单元 : 1射 它的典 型构造是一种工 作于 2 Hz G
支持 高速率 的数 据下 载和视频 电话等丰富 的多媒体应 用 ,为此增加 了复杂 的物理层数字信号处理和高层协议 栈软件处理,大大增加了终端省电的处理难度 … 。 T SD D- C MA终端的功耗受到无线环境 , 网络配置, 协议栈控制 以及终端软硬件方案 ,电源管理 ,芯片本身 的低功耗设计及其工艺特性等诸多因素 的影响,其 中起
TELEC OM EN GI NEER I G TE CHNI N CS AN D S T AN DA RD I ZA T O N I
基于D F 的移动通信终端省 电方案★ V S
李 方伟 ,李 晗
dvfs降低功耗的原理
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DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)是一种通过调整处理器核心的工作电压和频率来降低功耗的技术。
其原理如下:
调整工作电压:处理器核心的工作电压直接影响其功耗。
通过降低工作电压,可以降低处理器核心的供电功耗。
这是因为功耗和电压的平方成正比关系,即功耗∝电压^2。
调整工作频率:处理器核心的工作频率表示其每秒钟执行的指令数量。
通过降低工作频率,可以减少处理器核心的计算操作,从而降低功耗。
这是因为功耗和频率成线性关系,即功耗∝频率。
DVFS的主要目标是在保持性能要求的前提下降低功耗。
通过动态地调整工作电压和频率,DVFS可以根据处理器核心的工作负载情况实时地优化功耗。
例如,在负载较轻的情况下,可以降低工作频率和电压以节省功耗。
而在负载较重的情况下,可以提高工作频率和电压以满足性能需求。
需要注意的是,DVFS的调整策略需要考虑到处理器的性能需求、温度情况以及功耗管理的目标,以保证系统的稳定性和可靠性。
此外,DVFS技术也可以应用于其他电子设备,如移动设备、服务器和嵌入式系统,以实现功耗优化。
验证方法学论文集,面试专用
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低功耗验证解决方案August 20, 2010林雪梅linxuemei@王凤海wangfenghai@王欣 wangxin@中星微电子有限公司摘要随着便携性要求的提高,低功耗设计的需求推动了低功耗设计技术在多电压,电压内部管理等技术上的突破。
以MTCMOS/ AVS等一系列技术为代表的设计方案越来越多的应用,让传统的数字电路验证技术受到了越来越大的挑战。
本文通过对现有解决方案的应用,将介绍如何引入业界标准的UPF流程完成多项低功耗设计的验证,以确保电源管理的正确实现。
ABSTRACTAs the requirements of portal devices keep increasing, new design techniques, including multi-voltage, MTCMOS, AVS, etc., are adopted in many low power devices. These design techniques further brings new verification challenges, which are new but critical. This paper, by applying existing solutions, introduces how to apply UPF flow, an industry standard, to verify low power designs. So the management of power supplies can be verified.1.0 简介嵌入式应用是目前SOC芯片最重要的应用之一。
在嵌入式应用,尤其是便携设备的应用中,功耗成为设计者越来越关注的因素。
20世纪80年代,大规模集成电路的发展导致了硬件描述语言(Verilog和VHDL)和综合工具的出现;到了90年代,设计复用以及IP的利用成为了IC设计经常采用的技术。
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案
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《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章:微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章:微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章:微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元(MMU)3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章:微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问(DMA)4.4 interrupt 与事件处理第五章:嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章:嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章:数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章:微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言(HDL)与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章:嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章:嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章:嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章:实时操作系统(RTOS)12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章:嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整(DVFS)13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章:嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章:现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片(SoC)设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章:微处理器概述重点:微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。
iot芯片 低功耗soc中的io设计方案
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iot芯片低功耗soc中的io设计方案
在IoT芯片中,低功耗SoC的IO设计方案可以采用以下几种方法:
1. 采用低功耗IO接口:选择低功耗的IO接口,如I2C、SPI和UART等,这些接口在空闲状态下能够自动进入睡眠模式,从而降低功耗。
2. 采用GPIO控制:通过将IO口配置为通用输入/输出(GPIO)模式,可以根据需要灵活控制IO口的状态。
在不需要使用时,将IO 口配置为输入模式,以减少功耗。
3. 采用中断触发:对于需要实时响应的IO操作,可以使用中断触发方式。
当IO口状态发生变化时,芯片会立即唤醒并执行相应的操作,而不需要轮询IO口状态,从而降低功耗。
4. 采用睡眠模式:当IO口处于空闲状态时,可以将芯片设置为睡眠模式,以降低功耗。
在需要使用IO口时,通过中断或其他方式唤醒芯片。
5. 优化IO电路设计:在设计IO电路时,可以采用低功耗的电路设计技术,如使用低功耗晶体管、降低电压和电流等,以降低IO电路的功耗。
通过选择低功耗接口、灵活控制IO口状态、采用中断触发和睡眠模式、优化IO电路设计等方法,可以有效降低低功耗SoC中的IO功
耗。
片上系统(SOC)技术题集
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片上系统(SOC)技术题集一、选择题1. 片上系统(SOC)中的微处理器通常不包括以下哪种类型?()A. 精简指令集(RISC)处理器B. 复杂指令集(CISC)处理器C. 超长指令字(VLIW)处理器D. 数字信号处理器(DSP)答案:D2. 以下关于片上系统(SOC)中存储器的描述,错误的是()A. 片上存储器通常包括静态随机存储器(SRAM)B. 动态随机存储器(DRAM)常用于片上系统的高速缓存C. 片上存储器还可能包含只读存储器(ROM)D. 闪存(Flash Memory)可用于片上系统的非易失性存储答案:B3. 在片上系统(SOC)的总线架构中,以下哪种总线主要用于连接高速设备?()A. 先进高性能总线(AHB)B. 先进系统总线(ASB)C. 外围设备总线(APB)D. 片上互联总线(OCB)答案:A4. 片上系统(SOC)设计中的硬件描述语言,以下不属于的是()A. Verilog HDLB. VHDLC. SystemVerilogD. C++答案:D5. 关于片上系统(SOC)中的时钟管理单元,以下说法正确的是()A. 负责产生不同频率的时钟信号B. 只用于同步数字电路C. 对系统性能没有影响D. 不需要考虑功耗问题答案:A6. 以下哪种不是片上系统(SOC)中的常见接口标准?()A. USBB. PCI ExpressC. SATAD. AGP答案:D7. 片上系统(SOC)中的电源管理模块的主要功能不包括()A. 降低系统功耗B. 提供稳定的电源电压C. 实现电源的动态调整D. 进行数据处理运算答案:D8. 在片上系统(SOC)的验证方法中,以下不属于功能验证的是()A. 模拟验证B. 形式验证C. 硬件加速验证D. 可靠性验证答案:D9. 片上系统(SOC)的可测试性设计(DFT)技术不包括()A. 边界扫描测试B. 内建自测试C. 逻辑模拟测试D. 扫描链测试答案:C10. 以下关于片上系统(SOC)中的模拟/混合信号模块的描述,不正确的是()A. 包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)B. 对噪声不敏感C. 可能需要特殊的工艺和设计技术D. 性能会受到工艺偏差的影响答案:B11. 片上系统(SOC)的封装技术中,以下不是关键考虑因素的是()A. 散热性能B. 引脚数量C. 成本D. 软件开发难度答案:D12. 关于片上系统(SOC)中的知识产权(IP)核,以下说法错误的是()A. 可以是软核、硬核或固核B. 一定是由芯片制造商自主研发C. 可以提高设计效率D. 需要进行集成和验证答案:B13. 片上系统(SOC)的低功耗设计技术不包括()A. 动态电压频率调整(DVFS)B. 门控时钟技术C. 增加晶体管尺寸D. 多阈值电压技术答案:C14. 以下不是片上系统(SOC)中的安全机制的是()A. 加密引擎B. 身份认证模块C. 图形处理单元(GPU)D. 访问控制逻辑答案:C15. 片上系统(SOC)中的通信协议不包括()A. I2CB. SPIC. HDMID. OpenGL答案:D16. 关于片上系统(SOC)中的实时操作系统(RTOS),以下描述错误的是()A. 具有高实时性B. 资源占用少C. 不支持多任务处理D. 常用于嵌入式系统答案:C17. 片上系统(SOC)的集成度不断提高,以下不是其带来的挑战的是()A. 设计复杂度增加B. 测试难度降低C. 信号完整性问题D. 功耗管理困难答案:B18. 以下哪种不是片上系统(SOC)中的嵌入式存储类型?()A. eDRAMB. MRAMC. SRAMD. HDD答案:D19. 片上系统(SOC)中的片上网络(NoC)的主要优势不包括()A. 提高通信效率B. 降低布线复杂度C. 增加系统功耗D. 支持并行通信答案:C20. 关于片上系统(SOC)中的验证平台,以下说法不正确的是()A. 可以基于软件进行模拟B. 只能使用硬件进行验证C. 可能包括仿真器和原型开发板D. 有助于提高验证效率答案:B21. 在片上系统(SOC)中,以下哪种组件通常用于实现高速数据缓存?()A. 静态随机存储器(SRAM)B. 动态随机存储器(DRAM)C. 闪存(Flash Memory)D. 只读存储器(ROM)答案:A22. 对于片上系统(SOC)的电源管理组件,以下描述不正确的是()A. 能实现不同电压域的管理B. 仅关注核心组件的供电C. 有助于降低系统功耗D. 包括降压转换器和稳压器答案:B23. 片上系统(SOC)中的模拟数字转换器(ADC)组件,其主要性能指标不包括()A. 分辨率B. 转换速度C. 存储容量D. 信噪比答案:C24. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中负责实现硬件加密功能?()A. 加密协处理器B. 图形处理器(GPU)C. 数字信号处理器(DSP)D. 直接内存访问控制器(DMA)答案:A25. 片上系统(SOC)中的实时时钟(RTC)组件,其特点不包括()A. 低功耗运行B. 高精度计时C. 占用大量芯片面积D. 通常由电池供电答案:C26. 在片上系统(SOC)中,以下哪个组件用于实现系统的复位功能?()A. 复位控制器B. 时钟发生器C. 中断控制器D. 看门狗定时器答案:A27. 关于片上系统(SOC)中的DMA(直接内存访问)组件,以下说法正确的是()A. 只能在内存与外设之间传输数据B. 会降低系统的数据传输效率C. 无需处理器干预即可进行数据传输D. 不支持突发传输模式答案:C28. 片上系统(SOC)中的UART(通用异步收发传输器)组件,常用于()A. 高速并行数据传输B. 短距离无线通信C. 低速串行通信D. 音频信号处理答案:C29. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中用于产生精准的时钟信号?()A. 锁相环(PLL)B. 计数器C. 移位寄存器D. 译码器答案:A30. 片上系统(SOC)中的温度传感器组件,其输出通常为()A. 模拟电压信号B. 数字脉冲信号C. 串行数据D. 并行数据答案:A31. 在片上系统(SOC)中,负责处理音频信号的组件通常是()A. 音频编解码器B. 网络控制器C. 显示控制器D. 存储控制器答案:A32. 关于片上系统(SOC)中的USB(通用串行总线)控制器组件,以下错误的是()A. 支持多种传输速率B. 只能连接主机设备C. 遵循特定的通信协议D. 具备电源管理功能答案:B33. 片上系统(SOC)中的中断控制器组件,其主要作用不包括()A. 管理外部中断请求B. 确定中断优先级C. 执行中断服务程序D. 屏蔽不需要的中断答案:C34. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中用于实现图像显示控制?()A. 显示引擎B. 蓝牙模块C. 以太网控制器D. 红外收发器答案:A35. 片上系统(SOC)中的SPI(串行外设接口)组件,其特点包括()A. 全双工通信B. 多主设备支持C. 高速数据传输D. 复杂的协议答案:A36. 在片上系统(SOC)中,用于实现无线通信功能的组件可能是()A. Wi-Fi 模块B. 模数转换器C. 数模转换器D. 定时器答案:A37. 关于片上系统(SOC)中的GPIO(通用输入输出)组件,以下说法正确的是()A. 只能作为输入端口B. 引脚数量固定C. 可配置为输入或输出D. 不支持中断功能答案:C38. 片上系统(SOC)中的I2C(两线式串行总线)组件,其通信方式为()A. 同步串行通信B. 异步串行通信C. 并行通信D. 无线通信答案:A39. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中用于存储启动代码?()A. 高速缓存B. 引导 ROMC. 随机存储器D. 闪存答案:B40. 片上系统(SOC)中的CAN(控制器局域网络)总线控制器组件,常用于()A. 工业自动化领域B. 消费电子领域C. 航空航天领域D. 医疗设备领域答案:A41. 片上系统(SOC)技术的发展起源于以下哪个时期?()A. 20 世纪 70 年代B. 20 世纪 80 年代C. 20 世纪 90 年代D. 21 世纪初答案:C42. 在片上系统(SOC)技术早期发展阶段,以下哪个因素对其发展起到了关键推动作用?()A. 半导体工艺的进步B. 软件编程语言的创新C. 计算机体系结构的变革D. 通信技术的发展答案:A43. 以下哪个事件标志着片上系统(SOC)技术进入快速发展期?()A. 英特尔推出第一款集成度较高的 SOC 芯片B. 台积电研发出先进的制程工艺C. 移动设备对低功耗高性能芯片的需求增加D. 量子计算技术的突破答案:C44. 片上系统(SOC)技术发展过程中,以下哪种设计方法的出现极大提高了设计效率?()A. 自顶向下设计B. 自底向上设计C. 基于模块的设计D. 软硬件协同设计答案:D45. 在片上系统(SOC)技术的发展历程中,以下哪个阶段开始注重系统的低功耗设计?()A. 初期阶段B. 中期阶段C. 近期阶段D. 一直都很注重答案:C46. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种封装技术的应用促进了芯片性能的提升?()A. BGA 封装B. CSP 封装C. QFN 封装D. 3D 封装答案:D47. 以下哪个领域的需求对片上系统(SOC)技术的发展产生了重要影响?()A. 工业控制B. 医疗设备C. 消费电子D. 以上都是答案:D48. 片上系统(SOC)技术发展的哪个阶段,多核架构开始广泛应用?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 一直都有广泛应用答案:C49. 在片上系统(SOC)技术的演进过程中,以下哪个因素促使芯片集成度不断提高?()A. 市场竞争的加剧B. 客户对功能多样化的需求C. 制造工艺的改进D. 以上都是答案:D50. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种验证技术的出现提升了芯片的可靠性?()A. 形式验证B. 功能验证C. 物理验证D. 以上都是答案:D51. 以下哪个时间段,片上系统(SOC)技术在汽车电子领域得到了广泛应用?()A. 20 世纪 80 年代B. 20 世纪 90 年代C. 21 世纪初D. 近十年答案:D52. 片上系统(SOC)技术发展历程中,以下哪个因素对其成本降低起到了关键作用?()A. 大规模生产B. 设计工具的优化C. 产业链的完善D. 以上都是答案:D53. 在片上系统(SOC)技术的发展过程中,以下哪个阶段开始引入人工智能相关的功能模块?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 尚未引入答案:C54. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种通信标准的出现推动了其在物联网领域的应用?()A. ZigbeeB. Bluetooth Low EnergyC. Wi-Fi 6D. 以上都是答案:D55. 以下哪个时期,片上系统(SOC)技术在图像处理方面取得了重大突破?()A. 20 世纪 90 年代B. 21 世纪初C. 近五年D. 近十年答案:D56. 片上系统(SOC)技术发展过程中,以下哪个技术的发展使得芯片的工作频率不断提高?()A. 散热技术B. 电源管理技术C. 时钟技术D. 以上都是答案:D57. 在片上系统(SOC)技术的发展历史中,以下哪个阶段开始重视芯片的安全性设计?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 一直都重视答案:C58. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种新兴材料的应用有望进一步提升芯片性能?()A. 石墨烯B. 碳化硅C. 氮化镓D. 以上都是答案:D59. 以下哪个事件对片上系统(SOC)技术的全球化发展产生了深远影响?()A. 互联网的普及B. 5G 通信技术的商用C. 国际贸易的自由化D. 以上都是答案:D60. 片上系统(SOC)技术的发展历程中,以下哪个阶段开始强调芯片的可重构性?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 尚未强调答案:C61. 以下哪项不是片上系统(SOC)的主要特点?()A. 高集成度B. 低功耗C. 单一功能D. 小型化答案:C62. 片上系统(SOC)技术能够实现小型化的关键因素在于()A. 采用先进的封装技术B. 减少组件数量C. 提高芯片工作频率D. 降低电源电压答案:A63. 在片上系统(SOC)中,实现低功耗的常见技术不包括()A. 动态电压缩放B. 增加晶体管数量C. 门控时钟D. 睡眠模式答案:B64. 片上系统(SOC)的高集成度带来的优势不包括()A. 降低成本B. 提高性能C. 增加设计复杂度D. 减小系统体积答案:C65. 以下关于片上系统(SOC)的实时性特点,描述正确的是()A. 所有任务都能在规定时间内完成B. 只适用于对实时性要求不高的应用C. 实时性不受系统负载影响D. 不需要考虑任务优先级答案:A66. 片上系统(SOC)的可扩展性特点体现在()A. 能方便地添加或删除功能模块B. 集成度固定不可改变C. 性能无法进一步提升D. 对新的技术不兼容答案:A67. 以下哪项不是片上系统(SOC)可靠性特点的保障措施?()A. 冗余设计B. 错误检测与纠正C. 降低工作温度D. 频繁更新软件答案:D68. 片上系统(SOC)的高性能特点主要通过以下哪种方式实现?()A. 降低时钟频率B. 减少缓存大小C. 优化系统架构D. 增加系统延迟答案:C69. 关于片上系统(SOC)的智能化特点,以下错误的是()A. 具备自适应能力B. 完全依赖人工干预C. 能进行智能决策D. 具有学习能力答案:B70. 片上系统(SOC)的并行处理特点能够()A. 提高单个任务的处理速度B. 同时处理多个任务C. 降低系统资源利用率D. 增加任务执行时间答案:B71. 以下哪项不是片上系统(SOC)灵活性特点的表现?()A. 支持多种工作模式B. 硬件架构固定不变C. 可根据需求定制功能D. 能够适应不同应用场景答案:B72. 片上系统(SOC)的保密性特点主要通过以下哪种方式实现?()A. 公开系统架构B. 加密关键数据C. 减少安全模块D. 降低系统防护级别答案:B73. 关于片上系统(SOC)的兼容性特点,以下正确的是()A. 只能与特定设备兼容B. 支持多种接口和协议C. 无法与旧版本系统交互D. 限制了系统的应用范围答案:B74. 片上系统(SOC)的高效能特点体现在()A. 能源利用率低B. 计算效率高C. 存储容量小D. 通信速度慢答案:B75. 以下哪项不是片上系统(SOC)可重构性特点的优势?()A. 快速适应新需求B. 增加硬件成本C. 延长产品生命周期D. 提高系统灵活性答案:B76. 片上系统(SOC)的集成化特点导致()A. 系统复杂度降低B. 测试难度减小C. 芯片面积增大D. 开发周期缩短答案:C77. 关于片上系统(SOC)的高速通信特点,以下错误的是()A. 数据传输速率高B. 通信延迟低C. 信道带宽有限D. 不支持多通道通信答案:D78. 片上系统(SOC)的自适应性特点能够()A. 无视环境变化B. 根据工作负载自动调整性能C. 降低系统稳定性D. 增加系统功耗答案:B79. 以下哪项不是片上系统(SOC)高可靠性特点的影响因素?()A. 优质的原材料B. 复杂的电路设计C. 严格的生产工艺D. 频繁的系统升级答案:D80. 片上系统(SOC)的多功能特点意味着()A. 功能单一且固定B. 能满足多种应用需求C. 限制了系统的扩展性D. 降低了系统的性能答案:B二、填空题1. 片上系统(SOC)技术的优势之一是能够显著提高系统的(集成度),减少芯片外的组件数量,从而降低系统成本和(尺寸)。
基于DVFS 技术的SOC 架构分析
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1低功耗概述随着IC设计规模越来越大,芯片的功能也越来越强大;同时芯片的功耗问题也成为了芯片设计的重点问题:如何降低在芯片正常工作时的功耗,如何降低芯片在不同工作场景中的功耗,成为了越来越多设计人员棘手的问题。
低功耗技术对当今终端芯片的成功至关重要。
从器件到整机、从模块到芯片、从系统架构到软硬件实现、从前端设计到后端实现,人们一直在坚持不懈地改进低功耗技术。
无论采取什么样的低功耗技术,最终的目的都是:1)在模块、芯片、器件、整机工作的时候,降低基于DVFS技术的SOC架构分析段维虎,卢海涛(广州众诺电子技术有限公司)摘要:本文概述了低功耗设计技术在芯片设计中的重要地位,并且对主要关键技术动态电压频率调整(DVFS)进行了简要介绍,并对基于DVFS技术的芯片的片上系统(SOC)架构实现做了实例分析。
关键词:低功耗,DVFS,电源分区,电压分区SOC architecture analysis based on DVFS technologyDUAN Wei-hu,LU Hai-tao(Guangzhou zhono electronic technology co.,LTD)Abstract:In this paper,the important position of low power design technology in chip design is summarized,and the main key technology DVFS is briefly introduced.keywords:lowpower;DVFS;powerdomain;voltagedomain它们的工作功耗(也称为动态功耗)2)在模块、芯片、器件、整机不工作的时候,降低它们的漏电功耗(也称为静态功耗)。
芯片功耗发展趋势如图1所示,从图1中可知,芯片功耗增加基本是指数级,而目标功耗基本是保持不变,或者需要更低;芯片的各部分功耗都在增加,但静态功耗增加的更快。
电子信息制造业技术发展策略
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电子信息制造业技术发展策略目录一、前言 (2)二、关键技术研究 (3)三、技术创新体系 (7)四、新兴技术应用 (11)五、技术人才培养 (15)六、技术合作与交流 (19)七、报告结语 (22)一、前言未来,电子信息制造业将重视能源管理,通过引入先进的能源管理系统和设备,提高能源利用效率。
采用清洁能源如太阳能和风能,将是企业实现可持续发展的重要途径。
随着技术的不断进步,电子信息制造业正朝着更高的集成度、更小的体积和更低的能耗方向发展。
例如,5G技术的普及推动了高频、高速电子元器件的需求;新能源技术的应用也促使电子产品向绿色化、智能化方向转型。
电子信息制造业在强调技术进步的也日益注重环境保护和资源节约。
绿色制造和循环经济理念的引入,使得行业在追求经济利益的能够有效降低对生态环境的影响,实现可持续发展目标。
电子信息制造业的产品和技术极大地便利了人们的生活,提高了生活质量。
从智能手机的普及到智能家居的应用,电子信息产品已经渗透到生活的方方面面,改变了传统的生活方式。
随着电子信息制造业的快速发展,相关行业的就业机会不断增加。
从研发、设计到生产、销售,整个产业链需要大量的人才。
这不仅为毕业生提供了丰富的就业选择,也为社会稳定和经济繁荣创造了良好的环境。
声明:本文内容来源于公开渠道或根据行业大模型生成,对文中内容的准确性不作任何保证。
本文内容仅供参考,不构成相关领域的建议和依据。
二、关键技术研究(一)半导体技术1、制程技术创新随着摩尔定律的逐步逼近,半导体制程技术的创新成为电子信息制造业发展的核心。
研究者们正在探索更先进的光刻技术,如极紫外光(EUV)光刻,以实现更小尺寸的晶体管。
通过提升制程节点,能够显著提高集成电路的性能和能效。
此外,三维堆叠技术(3DIC)和芯片互连技术(如硅通孔)也在不断发展,以满足高性能计算和存储需求。
2、材料科学进展半导体材料的选择直接影响器件性能。
近期,二维材料(如石墨烯、过渡金属二硫化物)因其优异的电学性质而受到关注。
SoC设计方法与实现 第11章-低功耗设计 课件PPT
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使用多种功耗状态的存储器管理。
低功耗SoC设计技术的综合考虑
低功耗技术对功耗与设计复杂度的影响
低功耗技术 漏电功耗的减小 静态功耗的减小 时序影响
面积优化
10%
10%
0%
多阙值工艺
CMOS工艺的发展与功耗的变化
各层次低功耗设计的效果
低功耗反馈的前向设计方法
SoC设计方法与实现
第十一章
低功耗
设计(2)
低功耗技术
内容大纲
减少静态功耗的技术 减少动态功耗的技术
减少静态功耗的技术
多阈值设计(Multi-Vt Design) 电源门控(Power Gating) 体偏置(Body Bias)
80%
0%
0%
时钟门控
0
20%
0%
多电压
50%
40%~50%
0%
电源门控
动态电压及动 态频率缩放
体偏置
90%~98% 50%~70%
90%
~0% 40%~70%
-
4%~8% 0% 10%
面积影响 -10% 2% 2% <10%
5%~15% <10% <10%
设计方法影响 无 低 低 中 中 高 高
验证复杂度影响 低 低 低 中 高 高 高
多阈值工艺
MOS管的阈值电压越小,速度越快,但漏电越大。
MOS管的阈值电压(Vt)与漏电流的关系
多阈值的设计流程
一种使用多阈值的设计流程
电源门控方法
用逻辑门电路控制模块电压的打开或关闭
电源门控方法
体偏置
《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》记录
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《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》读书笔记目录一、书籍简介 (2)二、章节内容 (3)1. 低功耗系统设计基础 (4)1.1 低功耗设计的重要性 (5)1.2 低功耗设计的基本原则 (6)1.3 低功耗设计的技术范畴 (8)2. 低功耗设计方法与技术 (9)2.1 基于架构的低功耗设计 (11)2.2 基于算法的低功耗设计 (12)2.3 基于制程的低功耗设计 (13)2.4 基于架构、算法和制程的综合低功耗设计 (15)3. SoC底层软件低功耗实现 (16)3.1 SoC底层软件的低功耗设计策略 (17)3.2 基于处理器架构的底层软件低功耗实现 (18)3.3 基于芯片架构的底层软件低功耗实现 (20)3.4 基于操作系统级别的底层软件低功耗实现 (21)4. 具体案例分析 (23)4.1 案例一 (24)4.2 案例二 (25)4.3 案例三 (27)5. 总结与展望 (28)5.1 本书总结 (29)5.2 未来低功耗设计的发展趋势 (31)三、个人学习体会 (32)一、书籍简介本书详细探讨了在现代电子设备中,如何有效地管理和优化SoC 的功耗,以延长设备的电池寿命和提高整体性能。
本书不仅涵盖了理论知识,还结合了大量实际案例和工程实践,为读者提供了一个全面、系统的学习体验。
本书首先从SoC的基本概念开始介绍,帮助读者了解SoC在嵌入式系统中的重要地位和作用。
深入探讨了低功耗设计的重要性和必要性,阐述了在现代电子设备中,功耗管理已成为一个不可忽视的关键因素。
本书详细介绍了低功耗系统设计的原理、方法和技巧,包括电源管理、时钟管理、休眠模式设计、软硬件协同优化等方面的内容。
本书还介绍了与低功耗设计紧密相关的技术,如嵌入式操作系统、微控制器编程、硬件抽象层(HAL)和驱动开发等。
这些内容的介绍为读者提供了更为广泛的知识背景和视角,帮助读者更加深入地理解和应用所学知识。
《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》是一本实用性强、内容丰富的书籍。
dvfs
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通信2012毕业生知识点硬件部分
• 目前的处理器在设计时都考虑了系统最大的性能要求 ,而移动终端在大部分的工作时间里并不需要这样高 的性能。因此,在处理器负荷较轻的情况下,同时降 低时钟频率和工作电压可以大幅度的降低能量消耗, 同时又能满足系统的性能要求。
通信2012毕业生知识点硬件部分
精致产品 美妙生活 Daintiness products Wonderful life
精致产品美妙生活daintinessproductswonderfullife通信2012毕业生知识点硬件部分快速dvfs算法一种基于动态电压与频率调节的终端省电法如图2?精致产品美妙生活daintinessproductswonderfullife通信2012毕业生知识点硬件部分快速dvfs算法?在终端设置一个采集模块采集与系统负载有关的信号终端根据当前的系统负载对下一时间段的性能进行预测根据预测的性能动态调整时钟频率和工作电压
2
F
降低工作频率可以降低功率消耗,但是单纯的降低工作频率并不能降低能量 消耗。因为对于一个给定任务,消耗的能量为:
E P t
但是我们仍然有利用降低供电电压与时钟频率的方法降低功耗,这就是 DVFS(动态电压频率调整)技术。
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通信2012毕业生知识点硬件部分
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DVFS系统
• DVFS的硬件部分只是一个能发出中断的监视器,在计数值超 过预设值的时候就会发送一个中断请求。软件接受到中断请求 后就会读取寄存器的相关位,去判断是什么请求,然后写内存 改变实际运行状态。 • DVFS驱动允许简单的动态电压频率调整。核心电压和频率域 能够在所有模块保持正常工作操作的前提下进行动态调整。核 心电压域能够通过PMIC来调整。核心时钟能够临时改变PLL时 钟频率然后更新PLL。
SoC底层软件低功耗系统设计与实现
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内容摘要
本书还对一些先进的低功耗设计技术进行了介绍,如神经网络压缩、推理加速等。 《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》这本书对低功耗系统设计进行了全面而深入的探讨,为 SoC底层软件的设计和开发提供了重要的参考和指导。本书不仅对电子工程师和设计师有重要的 参考价值,也对计算机科学家和嵌入式系统研究人员具有很高的学术价值。
SoC底层软件低功耗系统设计与实现
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
系统
包括
底层
soc
成为
软件
介绍
设计
软件
设计 技术
深入
soc
进行
探讨
底层
优化
重要
方法
内容摘要
内容摘要
随着科技的不断发展,系统级芯片(SoC)已经成为现代电子设备的核心部件。然而,随着工艺 尺寸的不断缩小,功耗问题逐渐成为SoC设计的瓶颈之一。因此,低功耗设计成为SoC软件设计的 重要研究方向。 《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》这本书对SoC底层软件低功耗系统设计进行了全面的探讨。 本书首先介绍了低功耗设计的基本概念和方法,包括功耗的来源和模型化方法、低功耗设计的基 本原则和技术、电源管理和节能技术等。接着,本书详细介绍了低功耗系统设计中的关键技术, 包括静态和动态功耗降低技术、轻量级算法和硬件加速器设计等。本书还对低功耗设计的评估和 优化方法进行了深入的探讨,包括功耗仿真和建模、性能和功耗的权衡优化、系统级优化等。 本书的另一个重要特点是它从底层软件的角度出发,对低功耗系统设计进行了深入的研究。这包 括操作系统的电源管理策略、驱动程序设计和硬件抽象、轻量级嵌入式系统和应用程序设计等。
基于自适应DVFS的SoC低功耗技术研究
![基于自适应DVFS的SoC低功耗技术研究](https://img.taocdn.com/s3/m/e9a8997a1611cc7931b765ce0508763231127490.png)
基于自适应DVFS的SoC低功耗技术研究从当前消费产品来看,媒体处理与无线通信、3D嬉戏逐渐融合,其强大的功能带来了芯片处理能力的增强,在复杂的移动应用环境中,功耗正在大幅度增强。
比如手机,用户往往希翼待机时光、听音乐时光,以及看MPEG4时光能更长。
在这样的背景下,如何降低嵌入式芯片的功耗已燃眉之急。
1 低功耗技术分析表1给出低功耗技术分析表。
由表1可见,随着沟道宽度的削减,单位面积上的动态功耗和静态功耗都在不断增强。
这样芯片功耗则可描述为:式中:CeffVdd2fclock是动态功耗部分。
其中a为当前频率下的翻转率;Ceff为节点负载;Vdd为工作;fclock为工作频率。
IleakVd是静态功耗部分,其中Ileak为漏。
由式(1)可知,降低芯片功耗所需要降低的参数。
1.1 降低动态功耗的手段1.1.1 降低α降低α有两种办法:一是通过工具优化规律结构来降低α;二是通过编码方式来实现低的α,例如采纳翻转码。
事实上假设每一次翻转都是有效和最优的,则afclock可视为一常数,但真切状况并非如此,每次时钟驱动下的设计往往存在冗余,同时对于某种额定的上层任务本身,也可能不适合软硬件划分。
对于fclock,若不用法该模块时,可挺直gated该模块。
这种gated有三种手段:(1)在时钟产生端举行gated,由软件配置。
该手段要求在前端设计这样的功能,包括正向时钟gated和反相时钟gated,其结构是对称的。
事实上设计时,器件lib会提供标准的gated单元,这使得前端设计变得较为简单。
(2)在模块中举行硬件推断,以gated clock时钟。
例如,在AHB上有一块memory,作为AHB从动装置。
因为软件频繁拜访该模块,因此若采纳软件频繁gated,则导致操作不延续;若将模块设计在内部,则因AHB的HSEL信号变高,下一拍时钟在模块内部被打开,这样即可节约时钟翻转的功耗。
尤其对于memory来说,时钟翻转和不翻转的功耗差别较大。
DPM和DVFS技术
![DPM和DVFS技术](https://img.taocdn.com/s3/m/26f01d6e27d3240c8447ef94.png)
调研1. 1 DPM技术DPM(Dynamic Power Management): 就是通过一个数字内核和嵌入式通信接口对多个电源转换模块和外部元件进行控制,以提供更高的系统性能、可靠性以及更低的功耗。
它包含CPU工作频率和电压,外部总线时钟频率,外部设备时钟/电源等方面的动态调节、管理功能。
动态电源管理实现原理: 系统运行在常见的几种不同状态,有不同电源级别要求。
①统运行在任务、任务一、任务+中的任务状态之一,可以响应中断进入中断处理,可以进入空闲或睡眠状态。
不同的任务要求不同的电源级别,所以DPM需要在不同任务中提供电源管理服务。
②系统进入空闲,这时可以被中断唤醒,处理中断:DPM提供受管理的空闲模式,可以更智能地节省电源。
③系统在中断处理完可以进入空闲状态,或者从中断中回到任务态。
④系统在任务状态下可进入睡眠模式。
系统可挂起到RAM或者其他存储器中,关闭外设,实现最大限度地省电。
通过特定事件(例如定义UART中断)要求系统退出睡眠模式。
综上所述,可以把动态电源管理分为平台挂起/恢复、设备电源管理以及平台动态管理等三类。
平台挂起/恢复目标在于管理较大的、非常见的重大电源状态改变,用于减少产品设备在长时间的空闲之后,减少电源消耗。
设备电源管理用于关断/恢复平台中的设备(平台挂起/恢复以及动态管理中均要用到);而平台动态管理目标在于频繁发生、更高粒度的电源状态改变范围之内的管理。
系统运行的任务可以细分为普通任务和功率受监控的任务。
动态电源管理系统还有待于进一步完善。
例如:①可以根据硬件和软件收集系统负载状态准确预测电源状态,从而设计出更智能、更有效的状态切换管理策略;②电源管理和实时性能要求之间的复杂关系还需处理等等。
1.2 DVFS技术DVFS(Dynamic voltage and frequency scaling):根据系统任务的紧迫程度来动态调节处理器的供电电压和时钟频率,以达到任务响应时间和系统功耗之间的平衡。
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基于自适应DVFS的SoC低功耗技术研究
从当前嵌入式消费电子产品来看,媒体处理与无线通信、3D游戏逐渐融合,其强大的功能带来了芯片处理能力的增加,在复杂的移动应用环境中,功耗正在大幅度增加。
比如手机,用户往往希望待机时间、听音乐时间,以及看MPEG4时间能更长。
在这样的背景下,如何降低嵌入式芯片的功耗已迫在眉睫。
1低功耗技术分析
表1给出低功耗技术分析表。
由表1可见,随着沟道宽度的减少,单位面积上的动态功耗和静态功耗都在不断增加。
这样芯片功耗则可描述为:
式中:CeffVdd2fclock是动态功耗部分。
其中a为当前频率下的翻转率;Ceff为节点负载电容;Vdd 为工作电压;fclock为工作频率。
IleakVd是静态功耗部分,其中Ileak为漏电流。
由式(1)可知,降低芯片功耗所需要降低的参数。
1.1降低动态功耗的手段
1.1.1降低α
降低α有两种方法:一是通过工具优化逻辑结构来降低α;二是通过编码方式来实现低的α,例如采用翻转码。
实际上假设每一次翻转都是有效和最优的,则afclock可视为一常数,但真实情况并非如此,每次时钟驱动下的设计往往存在冗余,同时对于某种额定的上层任务本身,也可能不适合软硬件划分。
对于fclock,若不使用该模块时,可直接gated该模块。
这种gated有三种手段:
(1)在时钟产生端进行gated,由软件配置。
该手段要求在前端设计这样的功能,包括正向时钟gated 和反相时钟gated,其结构是对称的。
实际上设计时,器件lib会提供标准的gated单元,这使得前端设计变得较为容易。
(2)在模块中进行硬件判断,以gated clock时钟。
例如,在AHB总线上有一块memory,作为AHB从动装置。
由于软件频繁访问该模块,因此若采用软件频繁gated,则导致操作不连续;若将模块设计在内部,则因AHB的HSEL信号变高,下一拍时钟在模块内部被打开,这样即可节省时钟翻转的功耗。
尤其对于memory来说,时钟翻转和不翻转的功耗差别较大。
(3)利用综合工具在近端加gated,而无需在前端设计。
理论上,单纯的频率下降,并不能带来功耗的变化,因为工作量一定,频率的下降只能带来运行时间的增加,但是芯片功耗中,时钟树的功耗几乎占去30%,所以在合适降低频率时,会减少时钟树上的功耗。
1.1.2降低Ceff
Ceff的降低因工艺选择的不同而存在较大的差别。
因此,选择合适的工艺更有利于降低Vdd这样可使功耗得到平方关系的下降。
然而,基于成本、可靠性及商务等考虑,只能选择某一种工艺,如130nm工艺,可通过DVFS来改变电压。
它的核心是:(1)某种工艺下的library可以在一定电压范围内工作正常。
(2)由于模块或系统工作在不同任务下所需的工作频率不同,因此可以计算DVFS的收益。
假设一个系统可以进行MP3或MP4的解码任务,这样在MP3解码时,所需频率只有100MHz;在MP4解码时,所需频率是200MHz。
通过STA分析,在1.1V电压下工作时,系统可运行频率为100MHz;在1.3V电压下工作时,系统可运行频率为200MHz,这样便可采用DVFS技术调节。
假设翻转率、电容都没有发生变化,则在两种不同工作模式下,所需功耗下降64%。
当然,前面的数值都是假设的,实际情况并非这么理想。
1.2降低静态功耗的手段
降低静态功耗可采用Multi-Vdd,Multi-Vth两种方法,在此不做详述。
2DVFS系统
如果DVFS是基于CPU自身OS调度的需求,则在自身频率需要变化时才进行电压变化,此时可认为是一个开环的DVFS技术。
比如说,Windows Mobile中的OEMidle进程就提供了一个根据CPU占用率来调节CPU频率和电压的方式。
但是,在采用开环方式调节时,需要足够的余量,同时需要软件,尤其是操作系统予以支持,这对软件来说也不是透明的。
对于一个闭环系统,则需要一个性能monitotor,以监控性能,并根据性能变化,直接调节电压和频率。
图1给出一个简单的自适应DVFS系统。
在该系统中,CPU是一个电压可变的power do-main,称为CPU-subsys。
然而,对于其他模块,则是另一个power domain,称为peri_subsys,其中包括外部memory接口(EMI)、媒体协处理器(MCP)、LCD控制器(LCDC),以及与电压控制相关的PerformaneeMonitor(PM)模块,用于对芯片性能进行正向监控;.Power Controller(PC)模块用于在接受到PM的性能描述后计算得到控制参数,并传递给Power Supply(PS)模块,用于提供可变的电压Vdd_arm,同时armsubsys与peri subsys之间有Level shifter相隔。
对于PM模块,ARM可以通过总线进行配置,PM通过监测可变电压区的电流实现性能监控。
对于处理MIPS需求比较高的操作,CPU空转时间变少,电流需求变小;对于处理MIPS要求比较低的操作,CPU执行密集操作,电流需求变大。
该设计核心在于如何使PM模块能根据某种算法来自适应地预测电流的需求,而且预测的响应时间、额外功耗都比较小,即达到适时、恰好的电压要求。
对于自适应算法,可选取图2所示的简单前向线性预测。
3仿真实验与结果
图3给出系统模型。
构造这样一个系统,使得测试将按事先在开发板上的运行给定benchmark程序。
测试得到的功耗参数,则按CPU负载折算成为归一的nop和mac两种类型指令程序,这两种指令在测试向量中间或分布。
CPU行为模型执行相关程序,该模型只能取指令,执行2级流水。
对于nop操作,在执行阶段进行nop;对于mac:操作,在执行阶段对固定数据进行mac,这样即可简化设计。
CPU BM采用Verilog 进行编写。
CPU有一条AHB总线,对memory进行访问控制。
MEM模块采用ahb接口,存放编译好的二进制指令,并固定频率。
PM Model对CPU BM的翻转率进行monitotor在监控各阶段的翻转率后,作为输入流
入自适应滤波器,计算得到所需的调节电压,给PS Model;同时输出翻转率,给PC Model。
PC Model将翻转率、时钟、电压作为输入,用于计算系统功耗。
PS Model按照PM发出的电压调节指令进行电压频率调节。
由于是rtl Model,所以电压调节是不可见的,只是按照实际情况,若电压从低到高,则先调节电压,再调节频率;反之亦反。
对于自适应选取的电压,可按图4予以实现。
表2给出按照130nm工艺实现电压时,CPU与总线频率的关系。
在调节电压时,时钟被停顿若干时钟周期。
假设电源网络的RC参数不变,则认为电压切换与切换电压差成正比,如图4所示。
对于前向预测的步长,按照实时操作系统的节拍,从1~50ms进行调节。
通过实践,可得图5所示不同步长下的不同功耗数值,同时每次切换的额外开销也计算在内。
由图5可见,对功耗、效率与调节步长都有一定的关系,合理选取调节步长后,可得效率与功耗的均衡。
采用步长为25ms时,功耗不到DVFS的25%,而效率损失只有1/3。
由此可见,在CPU资源总负荷利用率为30%时,该步长相对较为合理。
4结语
提供了一种自适应动态电压频率调节方式,构造了与之对应的系统模型。
在计算机上对该模型进行了模拟实验,得到一组均衡的前向预测参数。
实验结果验证了自适应动态电压频率调节方式的有效性,给出了评估动态电压频率调节仿真的有效途径。