嵌入式系统低功耗设计

论文摘要

随着无线通信技术、移动互联网技术和集成电路制造技术的发展,嵌入式系统的应用在全世界得到迅猛发展。以智能手机为代表的嵌入式系统越来越普及,伴随着智能手机功能越来越多,应用越来越丰富,使功耗问题成为人们关注的焦点。如何进行低功耗设计,已成为智能手机开发过程中最为关键的问题之一。本文对嵌入式系统低功耗设计方法进行了分析,系统地研究了一款智能手机的低功耗设计方案。本文从影响智能手机功耗的因素分析着手,分别从硬件和软件两个方面实现低功耗设计。在硬件低功耗设计方面,分别从应用处理器选择、射频功放供电设计和LCD背光CABC控制三方面进行了原理和实现的详细介绍。通过功耗和性能对比,选择低功耗、高性能的OMAP3630应用处理器,构建本课题的低功耗硬件平台。通过给射频功放提供单独的DCDC供电方案来降低该模块的功耗,使通话功耗降低10%,数据业务功耗降低13%。通过采用CABC的背光控制方案,实现LCD背光电路的降功耗设计,特别是当背景图片较暗时,可以达到40%的降功耗效果。在软件低功耗设计方面,在分析了Android系统的电源管理机制后,一方面,针对系统sleep状态,优化驱动设计来降低系统待机功耗,使待机功耗降低30%。另一方面,针对系统AWAKE状态下的低功耗设计,首先分析智能手机用户常用的使用场景,然后,从增加省电模式和优化通话省电两方面实现软件低功耗设计。省电模式是在一般模式的基础上,对铃声、LCD背光和键盘背光的设置进行优化设计,增加一种手机模式,来降低系统功耗;通话省电是针对通话时的LCD背光和键盘灯进行优化设计,降低通话时的手机功耗。在软件设计时,还充分考虑到对用户体验的影响,设计一键省电方案和合理的用户操作界面,在满足用户使用习惯的同时,实现低功耗设计。最后,针对本课题研究的智能手机,对整机待机功耗和通话功耗进行实验室测试,待机功耗降低了30%。射频功放降功耗使通话功耗降低了10%,而通话省电的降功耗措施,使通话功耗降低了8%。达到了低功耗设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文主要研究内容和结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 嵌入式系统低功耗设计方法
• 2.1 硬件低功耗设计
• 2.1.1 采用低功耗器件
• 2.1.2 电源拓扑设计
• 2.2 软件低功耗设计
• 2.2.1 低功耗任务调度器
• 2.2.2 低功耗设备驱动
• 2.2.3 低功耗应用策略
• 2.3 本章小结
• 第三章 智能手机功耗分析
• 3.1 智能手机系统架构
• 3.2 智能手机耗电因素分析
• 3.3 低功耗设计的方案分析
• 3.3.1 射频PA 部分低功耗设计
• 3.3.2 LCD 部分低功耗设计
• 3.3.3 应用处理器低功耗设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 低功耗硬件平台设计和实现
• 4.1 低功耗应用处理器方案的选择
• 4.1.1 关键指标
• 4.1.2 功耗模式和功耗优化技术
• 4.1.3 方案选取
• 4.2 OMAP3630 方案介绍
• 4.2.1 硬件特性介绍
• 4.2.2 SmartReflex 电源管理技术及应用
• 4.3 低功耗硬件平台设计和实现
• 4.3.1 无线收发信机设计
• 4.3.2 低功耗智能手机硬件平台设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 硬件关键模块低功耗设计
• 5.1 射频功放电路低功耗设计
• 5.1.1 原理介绍
• 5.1.2 设计实现
• 5.1.3 降功耗效果
• 5.2 LCD 模块低功耗设计
• 5.2.1 CABC 原理介绍
• 5.2.2 CABC 设计实现
• 5.2.3 降功耗效果
• 5.3 本章小结
• 第六章 软件低功耗设计
• 6.1 Android 软件平台介绍
• 6.2 Android 电源管理
• 6.2.1 电源管理机制
• 6.2.2 电源管理架构
• 6.2.3 系统工作状态
• 6.3 软件低功耗设计分析
• 6.3.1 降功耗途径分析
• 6.3.2 优化外围电路Sleep 状态驱动设计
• 6.3.3 AWAKE 状态省电分析和方案设计
• 6.3.4 用户体验和易用性设计
• 6.4 AWAKE 状态软件低功耗设计实现
• 6.4.1 低功耗软件架构设计
• 6.4.2 界面设计
• 6.4.3 各模块详细设计
• 6.5 本章小结
• 第七章 系统功耗测试
• 7.1 测试环境
• 7.2 测试方法和结果
• 7.2.1 待机功耗测试
• 7.2.2 语音业务功耗测试
• 7.3 本章小结
• 第八章 总结和展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 缩略语表
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文