智能手机的系统架构及其低功耗设计

文章摘要： 2.5 led灯的控制 智能手机电路中，键盘和lcd背光灯工作时会消耗大量能量。例如本文架构中使用的lcd，其背光灯电气要求如下： 正向电流典型值为15 ma，正向电压典型值为14.4 v，背光灯消耗功率典型值为216 mw。 由此可以看出，在正常工作时，lcd背景led灯功耗非常大。因此，在设计中，必须降低led灯的功耗。可以通过以下方法： a)在led灯回路中短接一个小电阻，改变阻值，用来控制led灯工作时的电流。 b)利用人眼的迟滞效应，使用pwm(脉宽调制)信号来控制led灯的开关。 在主cp

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       2.5 led灯的控制 

       智能手机电路中，键盘和lcd背光灯工作时会消耗大量能量。例如本文架构中使用的lcd，其背光灯电气要求如下： 正向电流典型值为15 ma，正向电压典型值为14.4 v，背光灯消耗功率典型值为216 mw。 


       由此可以看出，在正常工作时，lcd背景led灯功耗非常大。因此，在设计中，必须降低led灯的功耗。可以通过以下方法： 

       a)在led灯回路中短接一个小电阻，改变阻值，用来控制led灯工作时的电流。 

       b)利用人眼的迟滞效应，使用pwm(脉宽调制)信号来控制led灯的开关。 

       在主cpu中，通过配置寄存器gpcon_u、gpcon_l可以把gpio20一gpio23和gpio2-gplo5配置成pwm信号输出，再配置内部相应的寄存器，控制pwm输出信号的频率和占空比，作为控制引脚来控制led背光灯，以此来降低lcd背光灯的功耗。 

       
;  c)在手机图形界面上提供一个调节背光灯亮度的界面，让用户在系统设置的led灯亮度基础上，进一步调节背关灯的亮度，这样，既增加了手机使用的灵活性，又进一步降低了手机的功耗。 

       2.6 无线modem部分的控制 

       如图1所示，智能手机的硬件体系结构采用双cpu架构，无线modem作为主cpu的一个外设，与主cpu芯片的其他外设相比，具有其特殊性，例如当智能手机处于睡眠模式时，可以直接关闭lcd、摄像机等外设的供电电源，而无线modem不行，必须要求无线modem具有继续等待来电、搜索网络等功能，而不能直接将其关闭。而对于本文硬件架构中的无线modem方案，其中也拥有一个系统，内部运行完整的gsm(全球移动通信系统)协议和独立的电源管理模块，主cpu可以通过uart口和无线modem进行电源管理协商。无线modem内部的电源管理由自己来控制，当无线modem处于空闲状态时，自己能完好地进入和退出待机模式。因此，在本文的硬件架构的设计上，当智能手机开机时，给无线modem加电、关机时，对modem进行断电。 

       2.7 软件优化 

       式中：m=mdiv+8；p=pdiv+2，s=sdiv；mdiv、pdiv和sdiv可以通过寄存器进行设置。 

       因此，设计中确定主cpu主频对于整个系统的功耗和性能是一个关键。本文在综合考虑系统性能和功耗的基础上，设置主cpu主频为204 mhz。 

       2.2 dpm 

       dpm(动态电源管理)是在系统运行期间通过对系统的时钟或电压的动态控制来达到节省功率的目的，这种动态控制与系统的运行状态密切相关，该工作往往通过软件来实现[3,4]。 

       2.2.1 定义不同的工作模式 

       在硬件架构中智能手机的工作模式与主cpu的工作模式密切相关。为了降低功耗，主cpu定义了4种工作模式：general clock gating mode；idle mode：sleep mode；stop mode。在主cpu主频确定的情况下，智能手机中定义了对应的4种工作模式：正常工作模式(normal)；空闲模式(idle)；睡眠模式(sleep)；关机模式(off)。各种模式说明如下： 

       a)正常工作模式：主cpu工作模式为general clock gating mode；主cpu全速运行；时钟频率为204 mhz。智能手机在这种状态下功耗最大，根据不同的运行状态，如播放mp3、打电话、实际测量，这种模式下智能手机工作电流为200 ma左右。 

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