引言
　　低功耗是嵌入式電子產(chǎn)品必須具備的一個(gè)關(guān)鍵特性，在硬件技術(shù)飛速發(fā)展和日益完善的時(shí)候，已經(jīng)很難有功耗方面的突破了。所以現(xiàn)在降低產(chǎn)品功耗主要是依靠軟件來(lái)處理，必須依靠軟件讓整個(gè)系統(tǒng)在各個(gè)時(shí)候電流達(dá)到最小。不管是操作系統(tǒng)、BIOS控制程序還是外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，這些程序?qū)Q定了最終產(chǎn)品的功耗水平，因此在開(kāi)發(fā)時(shí)必須加以考慮。本論文將以智能電話為例，介紹一種通過(guò)軟件降低功耗的方法，可供嵌入式設(shè)計(jì)工程師們參考。實(shí)現(xiàn)省電降低功耗的方法有很多，本文不可能面面俱到，將主要介紹軟件程序如何控制物理層進(jìn)行省電。
　　具體實(shí)現(xiàn)措施
　　系統(tǒng)描述及設(shè)計(jì)思想
　　目前國(guó)內(nèi)智能電話的數(shù)字多媒體解決方案一般通過(guò)基于ARM7等內(nèi)核的基帶嵌入式處理芯片外接多媒體處理芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。嵌入式處理器是硬件系統(tǒng)的核心，運(yùn)行功耗占系統(tǒng)功耗的大部分。目前，嵌入式處理芯片一般采用RISC體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)化指令設(shè)計(jì)、引入流水線技術(shù)、指令預(yù)取、大量寄存器操作和高速緩存等技術(shù)提高運(yùn)行效率，并采用低電壓工作模式以降低運(yùn)行功耗。嵌入式處理芯片一般為應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了三種工作模式：運(yùn)行模式（Run）、空閑模式（Idle）和休眠模式 （STandby）。運(yùn)行模式即正常工作模式，CPU全速運(yùn)行；空閑模式時(shí)CPU是靜態(tài)的，但LCD刷新電路和晶振都工作。在不同運(yùn)行模式下，處理器工作時(shí)功耗數(shù)值差別較大；以Cirrus Logic公司EP7211（ARM7核）嵌入式處理器為例，開(kāi)發(fā)手冊(cè)中寫到，在18MHz工作頻率下，運(yùn)行時(shí)消耗電流是20mA，空閑時(shí)消耗電流是 6mA，而休眠時(shí)消耗電流300mA。
　　本嵌入式產(chǎn)品系統(tǒng)（智能電話）中的基帶嵌入式處理器芯片將采用展訊的SC6600芯片平臺(tái)，多媒體芯片則采用廣達(dá)的QCP1880芯片平臺(tái)，音頻編解碼芯片采用WolfsON 8750芯片，LCD采用HIMAX8309。作為手機(jī)產(chǎn)品，電池一般在800~1200mA時(shí)左右，待機(jī)要求80小時(shí)以上，這就要求系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)時(shí)候的電流在10mA以下，關(guān)機(jī)后的電流在mA級(jí)以下。SC6600在睡眠模式下一般有3~5mA左右電流，QCP1880在睡眠模式下一般會(huì)有10mA左右電流，斷電后在200mA左右，音頻部分在空閑模式大概有270mA，在待機(jī)時(shí)SC6600的3~5mA固有電流沒(méi)辦法省掉，所以QCP1880必須斷電。
　　低功耗設(shè)計(jì)的基本思想是：讓系統(tǒng)各個(gè)部分在需要的時(shí)候才處于工作狀態(tài)，其他時(shí)候處于各部分的省電狀態(tài)。大部分的嵌入式處理器都具有正常工作模式和省電工作模式，最常用的是空閑模式，此時(shí)處理器內(nèi)核指令執(zhí)行部分關(guān)閉，時(shí)鐘頻率降低，空閑模式比處理器執(zhí)行指令時(shí)的功耗要小得多?？臻e模式一個(gè)主要特點(diǎn)是其進(jìn)入退出基本上不需要額外開(kāi)銷，通常一個(gè)或幾個(gè)指令周期能完成。外設(shè)部分硬件一般也有省電處理設(shè)計(jì)，軟件主要是控制外設(shè)在沒(méi)有工作時(shí)處于省電狀態(tài)，甚至關(guān)掉整個(gè)外設(shè)，在需要時(shí)再掛上。
　　功能設(shè)計(jì)
　　在大體上，本系統(tǒng)省電處理主要分為三塊：基帶芯片（SC6600），普通外設(shè)（能很方便地在使用時(shí)打開(kāi)，不用時(shí)關(guān)掉的設(shè)備，如LCD等），多媒體芯片（QCP18800）。
　　*基帶芯片（SC6600）的處理：
　　由于很多中斷都能把處理器從空閑模式中喚醒，所以采用智能等待這種模式。讓處理器平常處于空閑模式，把隨機(jī)事件和實(shí)時(shí)要求比較高的都掛在中斷上，當(dāng)事件發(fā)生處理器能很快被喚醒，處理這些事件。其他有規(guī)律的事件和實(shí)時(shí)性要求不高的用定時(shí)器去進(jìn)行掃描。這種等待機(jī)理應(yīng)用很普遍，現(xiàn)今大多數(shù)PDA和智能電話都是由具有空閑模式功能的處理器和操作系統(tǒng)控制，處理器只有在有用戶操作或有任務(wù)處理時(shí)才處于正常工作狀態(tài)，其他時(shí)候都是處于空閑（SLEEP）狀態(tài)，這樣最大程度提高電源效率。例如，在用手機(jī)看電子書時(shí)，處理器處于空閑狀態(tài)，當(dāng)用戶翻頁(yè)或其他操作（按鍵、觸屏等）時(shí)，處理器將被喚醒處理相應(yīng)的操作，處理完又進(jìn)入空閑狀態(tài)。
　　對(duì)于CPU的處理，后臺(tái)起一個(gè)線程監(jiān)控系統(tǒng)CPU的使用情況，當(dāng)CPU處于空閑狀態(tài)時(shí)，且系統(tǒng)其他模塊也允許CPU 睡眠的時(shí)候，CPU立刻進(jìn)入睡眠模式。
　　基帶芯片的處理流程圖見(jiàn)圖1。
　　
　　圖1 基帶芯片的處理流程
　　*普通外設(shè)的省電處理：
　　除LCD 和背光外，其他外設(shè)在CPU進(jìn)入睡眠模式之前被關(guān)掉。LCD和背光用做用戶的操作界面需要的是友好性，所以讓用戶可以設(shè)置。在用戶設(shè)定的時(shí)間用完后自動(dòng)熄滅。其他外設(shè)如音頻模塊，在沒(méi)有聲音時(shí)就關(guān)閉，需要播放聲音時(shí)再打開(kāi)。音頻模塊本來(lái)有睡眠模式，但其電流沒(méi)達(dá)到要求，所以斷開(kāi)了其電源讓它進(jìn)入斷電模式，這里有個(gè)缺點(diǎn)是，以前初始化和后來(lái)設(shè)置好的參數(shù)就會(huì)丟失，需要在打開(kāi)初始化時(shí)重新設(shè)置（浪費(fèi)些資源記錄它的狀態(tài)）。LCD及背光處理流程圖見(jiàn)圖2。
　　
　　圖2 LCD及背光處理流程圖
　　*關(guān)于多媒體芯片（QCP1880）：
　?。?） VDD（ Power for OperaTIon Mode Module）；（2）IOVDD （Power for All IO Module）；（3） VDD_ON（ Power for ByPass Mode Module）。說(shuō)明：1.切斷VDD和保持PDEN為低，QCP1880耗電將低于200mA。2. QCP1880進(jìn)入IDLE（空閑）狀態(tài)，耗電在10mA左右。3. QCP1880進(jìn)入最省電狀態(tài)后，其GPIO口不能保持。如果進(jìn)入這種狀態(tài)后，要讓GPIO口保持高，則外部要通過(guò)上拉電阻接到IOVDD，如果要 GPIO口保持高低，則外部要通過(guò)下拉電阻接到地。4．切斷VDD和保持PDEN為低后，QCP1880里的程序?qū)?huì)丟失，重新裝載的時(shí)間比較久 （500ms左右）。
　　在應(yīng)用方面芯片主要功能是：MP3/MIDI/AAC/AMR/MP4回放；AMR、MP4錄制;拍照和圖片回放；USB/UDISK；GPIO接口；CODEC（聲卡驅(qū)動(dòng)）；SD卡文件系統(tǒng)。
　　該芯片在待機(jī)時(shí)，電流為10mA，切斷主電源電流能下降到mA級(jí)。工作時(shí)，電流較大，且根據(jù)功能的不同而不同。多媒體芯片能夠自動(dòng)到待機(jī)狀態(tài)。不能達(dá)到要求，必須要讓其進(jìn)入斷電狀態(tài)。又因?yàn)樯婕澳K比較多，所以不能簡(jiǎn)單的直接關(guān)閉QCP1880。針對(duì)于本嵌入式系統(tǒng)不能隨意切斷QCP 電源的原因，所以采用了查詢的方法。即在CPU進(jìn)入睡眠模式之前會(huì)查詢QCP1880的狀態(tài)，當(dāng)LCD和背光都是熄滅的狀態(tài)下，會(huì)切斷QCP1880的主電源。（因?yàn)長(zhǎng)CD部分電流較大，且頻繁下載QCP的效率低下，所以在LCD和背光都亮?xí)r不會(huì)切斷QCP的主電源）。