基于嵌入式Linux的智能手机省电设计
每个系统要正常运行都有赖于CPU的性能, 系统软件, 中间件一集各种系统策略等等, 智能手机也是一样。这篇文章主要探讨了给智能手机选择合适的CPU, 以及在手机电源管理中的动态电源管理(DPM) 和自适应电压调整(AVS) 技术。最后, 我还对手机软件设计进行一点优化工作, 实现了软件的节能设计。
引言
智能手机中包含了很多耗能设备, 诸如MP3、MPEG- 4、Wi-Fi、数码相机、3D 游戏等等。在手机电池容量还没有实现质的飞跃的前提下, 我们不得不考虑手机电源节能的问题。我主要通过了以下四个方面来阐述在基于Linux 平台上的智能手机的解决方案。
CPU 的选择
尽管现在有了各种在不过多加重功耗负担的前提下提高性能的技术, 但用一个芯片来处理这么多各种各样的任务, 恐怕已经不是一个很好的选择了。一是因为这些功能对芯片处理功能的要求可能各不相同, 二是因为一个负担着如此众多任务的芯片势必需要很高的速度, 降低功耗变得很困难。
在这种情况下, 多CPU 系统(MPCore)成为一个必然的趋势。多CPU 系统的一个明显的优势是: 针对不同的任务处理需要, 不同的CPU 可以各尽其职, 将自身的优势充分发挥, 由此带给手机最优化的性能表现。另一个优势显然还是体现在对功耗的控制上: 假如用单CPU 来完成所有的功能, 不可避免地需要一个很高的CPU 速度, 从而造成很高的功耗。用一颗高速CPU 来完成这样的任务, 无疑是大牛拉小车, 同时浪费很多能源。多CPU 系统可以根据不同的任务需要合理地启动、停止相应的CPU 来完成任务,不需要的时候处于停歇状态, 实现最大限度地控制功耗。
既然我们选择了多CPU 的架构, 那么接下来CPU 的性能就是我们要考虑的第二大问题。一般的情况下, 我们是在CPU 的性能( Performance) 和功耗(PowerConsumption) 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。
我们把CPU 的功率消耗分为两大部分: 内核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O, 总的功率等于两者之和, 即PPCORE+PI/O。对于PCORE, 关键在于其供电电压和时钟频率的高低; 对于PI/O 来讲, 除了留意各个专门I/O 控制器的功耗外, 还必须关注地址和数据总线宽度。
在数字集成电路设计中,CMOS电路的静态功耗很低, 与其动态功耗相比基本可以忽略不计。CMOS 电路动态功耗的计算公式如下:
Pd=CT*V2*f, 其中Pd 是CMOS 芯片的动态功耗, C是CMOS芯片的负载电容, V 是CMOS 芯片的工作电压, f 是CMOS 芯片的工作频率。
由上可见, 当CPU 确定后, 我可以通过降低频率和电压来减少系统的功耗。
在CPU 的选择方面, 我们推荐采用Intel 的Xscale 芯片, 以及IBM的PowerPC405G 芯片。
