嵌入式微控制器的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展,芯片的速度和集成度不斷提高,功耗顯著增大。同時(shí)為了延長手持設(shè)備中電池的使用時(shí)間、降低芯片的封裝及散熱成本,提高電路可靠性,必須在芯片設(shè)計(jì)時(shí)考慮功耗因素。微控制器是目前應(yīng)用十分廣泛的一種集成電路產(chǎn)品,在工業(yè)控制、汽車電子、通訊等多個(gè)領(lǐng)域的電子設(shè)備中起到了核心元器件的作用,因此微控制器的低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的研究方向。本文首先討論了CMOS集成電路的功耗來源,探討了在IC設(shè)計(jì)的不同階段可采取的低功耗技術(shù),分析了目

2、前低功耗技術(shù)發(fā)展的新趨勢。本文隨后利用對(duì)意法半導(dǎo)體新一代低功耗微控制器STM75的功耗水平測試與分析,得到了微控制器各部分占整體功耗的比重,研究并評(píng)估了目前主流微控制器采用的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。通過分析可以得出,目前低功耗微控制器所應(yīng)用的成熟低功耗設(shè)計(jì)技術(shù),主要通過性能和功耗兩方面的折衷,來取得降低功耗的效果;微控制器的程序存儲(chǔ)器訪問功耗和CPU功耗仍然是整體功耗的最重要組成,降低這兩方面功耗,對(duì)于微控制器的低功耗設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。本文之后選擇

3、對(duì)OC8051進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)。OC8051是與MCS-51兼容的CPU內(nèi)核。51單片機(jī)作為在我國應(yīng)用最廣,應(yīng)用時(shí)間最長的單片機(jī)家族,其在低功耗方面的表現(xiàn)不盡如人意,通過本文的低功耗設(shè)計(jì),不但降低了OC8051 CPU的功耗,更獲得了微控制器方面的低功耗設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),利于各技術(shù)向更高端的微控制器推廣。本文采取RTL級(jí)的多項(xiàng)低功耗技術(shù)如門控時(shí)鐘,操作數(shù)分離等對(duì)其進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)。有效地降低了OC8051的CPU功耗達(dá)59.8％。為了降低占微控制器

4、功耗比重第一位的程序存儲(chǔ)器訪問功耗,本文結(jié)合微控制器應(yīng)用程序的大部分執(zhí)行時(shí)間被用于執(zhí)行固定的循環(huán)代碼的特點(diǎn),研究了集成循環(huán)代碼cache,并從中執(zhí)行循環(huán)代碼來降低存儲(chǔ)器訪問功耗的技術(shù)。比較了多種集成循環(huán)代碼cache的方案,和對(duì)程序中的循環(huán)代碼進(jìn)行定位的方法。最終提出了微控制器平臺(tái)上該技術(shù)的應(yīng)用方案。本文采用預(yù)裝載循環(huán)代碼cache的結(jié)構(gòu),結(jié)合OC8051內(nèi)核進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明,該方案可以降低存儲(chǔ)器訪問功耗47.3%,降低微控制器整