嵌入式系統中外圍器件的能耗估算方法

外圍器件的能耗估算

下面以一個在仿真器中實現的外圍系統為例，說明如何估算能耗分布的情況，該仿真器由一個作為I/O控制器的協處理器和一個作為音頻模塊的ADC轉換器組成，它們結合在一起來驅動如麥克風或揚聲器這樣的音頻器件。這些外圍器件是便攜式MP3撥放器這樣的嵌入式系統中的典型配置。

1. I/O 控制器

I/O 控制器接收來自處理器的數據并把它轉換為外圍器件硬件所需的格式。在某些系統中，協處理器的作用是I/O控制器，在其它情況中用現場可編程陣列(FPGA) 或 ASIC，甚至在一些情況下用主處理器擔任I/O控制器的功能。I/O控制器可與DMA直接通訊，以減少內聯開關行為，并把主處理器釋放出來處理其它任務。I/O控制器的高級模型如圖3所示。

在模型中，協處理器隊列可與處理器、內存和位于隊列與音頻/視頻器件間的通訊信道進行通訊。當內存訪問完成，協處理器將產生一個中斷來激活處理器。如果操作正在記錄到內存上，DMA控制等待直到FIFO被填充到一個用戶定義的門限值，然后使用突發存取模式將數據寫入到存儲器。當系統正利用DMA從存儲器播放音頻/視頻數據時，存儲器把一串數據寫入FIFO。通過突發存取模式可以減少總線操作時間，也減少了地址總線上的能耗。

I/O控制器能耗模型由制造商所給的數據表所產生。協處理器的有兩種電源模式：激活和空閑模式。采用數據表中的電源電壓和電流信息，由等式2可求得每個模式的等效電容值：

在激活模式中，通過這個電容可由等式3計算每個周期的能耗：

當不訪問外圍器件時，協處理器處于空閑模式。此時，可由等式4計算出每個協處理器周期的協處理器能耗：

Ncoproc是總線頻率與協處理器頻率的比率。