智能手机的系统架构及其低功耗设计

文章摘要： b)空闲模式：主cpu工作模式为idle mode，主cpu主时钟停止；时钟频 率为204 mhz。在空闲状态下，键盘背关灯和lcd背光灯关闭，lcd上有待机画面，特定的事件可以使智能手机空闲模式进入正常工作模式，如点击触摸屏、定时唤醒、按键、来电等。 c)睡眼模式：主cpu工作模式为sleep mode，除了主cpu内部的唤醒逻辑打开外，其余全关闭；主cpu时钟为使用36.768 khz的慢时钟。除了modem以外，外设全部关闭，定义短时按开机键，使智能手机从睡眠模式下唤醒进入正常工作状态。 d)关机模式：主cpu工作模式为stop mode，除

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       b)空闲模式：主cpu工作模式为idle mode，主cpu主时钟停止；时钟频 率为204 mhz。在空闲状态下，键盘背关灯和lcd背光灯关闭，lcd上有待机画面，特定的事件可以使智能手机空闲模式进入正常工作模式，如点击触摸屏、定时唤醒、按键、来电等。 


       c)睡眼模式：主cpu工作模式为sleep mode，除了主cpu内部的唤醒逻辑打开外，其余全关闭；主cpu时钟为使用36.768 khz的慢时钟。除了modem以外，外设全部关闭，定义短时按开机键，使智能手机从睡眠模式下唤醒进入正常工作状态。 

       d)关机模式：主cpu工作模式为stop mode，除了主cpu泄漏电流外，不消耗功率；主cpu关闭。智能手机必须重新开机之后，才能进正常工作模式，实际测量，手机在这种模式下电流为100μa。 

       从以上看出，智能手机在正常工作模式下的功率比空闲模式、睡眠模式下大得多。因此，当用户没有对手机进行操作时，通过软件设置，使手机尽快进入空闲模式或睡眠模  
式；当用户对手机进行操作时，通过相应的中断唤醒主cpu，使手机恢复正常工作模式，处理完响应的事件后迅速进入空闲模式或睡眠模式。 

       2.2.2 关闭空闲的外设控制器和外设 

       在硬件系统的架构中，可以看到，主cpu通过相应的接口，外接了很多外部设备，例如lcd、摄像机、irda(红外适配器)、蓝牙、音频编解码器、功率放大器等设备。当智能手机处于正常工作模式时，对处于空闲状态的外设，可以通过主cpu的gpio口，控制给外设供电的LDO或者dc／dc电源芯片，通过关闭外设的供电电源芯片，以达到关闭外设的目的。特别是对于大功耗的外设，必须对其进行可靠的关闭。对于一些正在工作的外设，如音频编解码器，通过设置内部的寄存器，关闭芯片内部不使用的通道、功率放大器、d／a转换器等，以降低这些器件工作时的功耗。 

       对于主cpu的各种接口控制器，一般不会全部用到，即使智能手机处于正常工作模式下，在不同运行状态，各种接口控制器的使用状况也是不同的；接口控制器没有处于工作状态，如不将其关闭，仍会消耗电流。对于主cpu来说，各外设接口控制器的电流消耗[2]如下：nand flash为2.9 ma；lcd为5.8 ma；usb host为0.4 ma；usb驱动器为2.9 ma；定时器为0.5 ma；sdi为1.9 ma；uart为3.6 ma；rtc为0.4 ma；a／d转换器为0.4 ma；iic为0.6 ma；iis为0.5 ma；spi为0.5 ma。 

       在图1所示的智能手机硬件架构中，spi接口、usb host接口没有使用，因此可以通过设置spcono和hccontrol寄存器永远地关闭spi和usb host接口，这样可以节省0.9(0.5+0.4)ma的电流。当智能手机处于正常工作状态下，可以对空闲的接口控制器进行关闭，以进一步降低智能手机的功耗，还可以防止总线上倒灌电流的影响。 

       2.3 接口驱动电路的低功耗设计 

       当选择智能手机外围芯片如sdram、lcd、摄像机、音频编解码器等器件时，除了要考虑其性能外，还必须考虑其正常工作时的功耗。在设计接口电路时，必须考虑以下几个因素： 

       2.3.1 上拉电阻／下拉电阻的选取 

       软件优化是一个很重要的工作，可以大大提高软件运行时的效率和降低软件运行时的功耗。例如指令的重排，在不影响指令执行结果的情况下，可以消除由于装载延迟、分支延迟、跳转延迟等引起的指令流水线的失效[5]。如表1所示的arm汇编，把指令转变成二进制编码后，不同之处就是各个寄存器操作数的二进制编码不同。

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