有源電源管理
　　
        片上電源管理技術(shù)分為兩大類，管理工作系統(tǒng)功耗與管理待機(jī)功耗。
　　
        有源電源管理分為三個(gè)領(lǐng)域：動態(tài)電壓與頻率縮放 (DVFS" target="_blank">DVFS)、自適應(yīng)電壓調(diào)整 (AVS" target="_blank">AVS) 與動態(tài)電源切換 (DPS" target="_blank">DPS)。靜態(tài)功耗管理需要確保閑置的系統(tǒng)在需要更高處理能力之前處于省電狀態(tài)，也就是采用所謂的靜態(tài)漏電管理 (SLM" target="_blank">SLM) 技術(shù)，這種管理通常依賴于從待機(jī)到斷電的幾種低功耗模式。
　　
        我們先來看看主動模式。利用 DVFS 技術(shù)，可根據(jù)應(yīng)用的性能需求通過軟件來降低時(shí)鐘速度和電壓。例如，我們不妨設(shè)想一款集成了高級 RISC 微處理器 (ARM) 與數(shù)字信號處理器 (DSP) 的應(yīng)用處理器。盡管 ARM 組件的運(yùn)行速度可高達(dá) 600 MHz，但系統(tǒng)并不總是需要如此高的計(jì)算能力。通常，我們可通過軟件來選擇預(yù)定義的處理器工作性能點(diǎn) (OPP)，這時(shí)的電壓可確保處理器工作在可滿足系統(tǒng)處理性能要求的最低頻率上。為了適應(yīng)不同應(yīng)用，進(jìn)一步提高優(yōu)化功率的靈活性，我們還可為處理器中的互連與外設(shè)預(yù)定義另外一組器件內(nèi)核 OPP。
　　
        軟件根據(jù) OPP 需向外部穩(wěn)壓器發(fā)送控制信號才能設(shè)置最低電壓。例如，DVFS 適用于兩個(gè)供電電壓 VDD1(DSP 與 ARM 處理器的供電電壓)與 VDD2(子系統(tǒng)與外設(shè)互連的供電電壓)，這兩個(gè)電壓軌提供了大部分芯片功率(通常在 75% 到 80% 之間)。在執(zhí)行 MP3 解碼時(shí)，可將 DSP 處理器轉(zhuǎn)入低操作性能點(diǎn)，從而大幅減少功耗供處理其他任務(wù)之用，這時(shí)的 ARM 運(yùn)行頻率高達(dá) 125 MHz。為了在最佳功耗情況下實(shí)現(xiàn)必需的功能性，我們可將 VDD1 降至 0.95 伏特，而不使用最高 1.35 伏特的電壓，以確保 600 MHz 的工作頻率。
　　
        自適應(yīng)電壓縮放 (AVS) 作為第二種有源電源管理技術(shù)，是以芯片制造過程中以及器件運(yùn)行生命周期中產(chǎn)生的差異為基礎(chǔ)的。該技術(shù)與所有處理器都采用相同預(yù)編程 OPP 的 DVFS 不同。可以想見，就大多數(shù)已經(jīng)成熟的制造工藝而言，芯片的性能在既定頻率要求下要遵循一定的分布情況。部分器件(所謂的“熱”器件)相對于其他器件(所謂的“冷”器件)而言，能以較低的電壓實(shí)現(xiàn)給定的頻率，這就是 AVS 發(fā)揮作用的原理——處理器感應(yīng)到自身的性能級別，并相應(yīng)調(diào)整供電電壓。專用的片上 AVS 硬件可實(shí)施反饋環(huán)路，無需處理器干預(yù)即可動態(tài)優(yōu)化電壓電平，以滿足進(jìn)程、溫度以及硅芯片衰減等造成的差異要求(圖 1)。
 

圖 1 給定處理器的典型性能分布。此處的“冷”器件工作在125 MHz的頻率時(shí)需要0.94伏特，而“熱”器件在該頻率下只需 0.83 伏特。自適應(yīng)電壓縮放 (AVS) 技術(shù)采用反饋環(huán)路相應(yīng)調(diào)節(jié)供電電壓，確保各器件運(yùn)行在特定處理任務(wù)所需的頻率上

 
        軟件可在工作中為每個(gè) OPP 設(shè)置 AVS 硬件，而控制算法則通過I2C 總線向外部穩(wěn)壓器發(fā)送指令，以逐步降低適當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出，直至處理器剛好超過目標(biāo)頻率的要求為止。
　　
        例如，開發(fā)人員可首先設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足所有情況的電壓，在 125 MHz 頻率下為 0.95 伏特(在圖 1 中的 V1 上方)。但是，如果系統(tǒng)中插入了采用 AVS 技術(shù)的“熱”器件，那么片上反饋機(jī)制就會自動將 ARM 的電壓降至 0.85 伏特或更低(圖 1 中的 V2 上方)。
　　
        前兩種有源電源管理技術(shù)可以最小的工作電壓讓器件的某部分工作在理想的速度上。相比之下，第三種方法 — 動態(tài)功率切換 (DPS) 先確定器件何時(shí)可完成當(dāng)前的計(jì)算任務(wù)，如果暫時(shí)不需要，則讓器件進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)(圖 2)。例如，處理器在等待 DMA 傳輸完成過程中會進(jìn)入低功耗狀態(tài)。處理器在喚醒后幾微秒內(nèi)就能返回正常工作狀態(tài)。
 

圖 2 動態(tài)電源切換 (DPS) 在給定器件的某部分完成任務(wù)后使其進(jìn)入低功耗狀態(tài)