8位高性能低功耗嵌入式MCU的设计.pdfVIP

高技术通讯 年 月 第 卷 第 期 2006 8 16 8 8 位高性能低功耗嵌入式MCU 的设计! !!!! !!!!!! 陈瑞森! 郭东辉 ! （ 厦门大学物理系EDA 实验室 厦门 361005 ） !! （ 厦门大学电子工程系 厦门 361005 ） !!! （ 厦门睿智微电子技术有限公司 厦门 361005 ） 摘 要 在分析了嵌入式 MCU 功耗分布和能耗机制的基础上，研究了降低 MCU 功耗的 可能途径，确定了既可以最大限度降低功耗又能尽量保持系统性能的参数和设计方法，应 用这些方法设计了一款高性能、低功耗的便携式的嵌入式 MCU ，并将其性能分析结果与 其他 MCU 芯片进行了比较，结果表明，这种设计使功耗和性能之间取得了较好的平衡，有 明显的优势。 关键词 低功耗，高性能，嵌入式 MCU 面给出了我们在设计高性能、低功耗嵌入式 MCU 时 0 引 言 所采用的具体实现方式和实现过程，并对我们所设 计的 MCU 的性能进行了分析。 近年来，随着微电子与通讯网络技术的高速发 展，便携式智能化电子产品已成为消费市场需求的 1 MCU 电路的功耗分析 主流。在便携式产品领域，很多是靠电池来供电的， 而传统的铬电池每磅仅能提供 · 的能量，这 2 0 W 1 在低功耗设计和优化中，功耗的分析是很重要 就使得用于便携式设备的嵌入式微控制器（micro 的，只有准确而完整地把握系统的功耗分布和能耗 ， ）设计面临降低功耗的巨大挑战，因 control unit MCU 机制才能有效地进行低功耗设计。虽然不同的 为功耗直接决定了一般靠电池供电的便携式设备的 MCU 的功耗在其各个模块中的分布有所不同，但其 使用时间。其实不只在便携式应用领域，在许多应 差别不大。图 给出了一个采用复杂指令的嵌入式 1 用场合都要求微控制器具有低功耗的特性，低功耗 MCU ，运行在MS-DOS 6 .0 操作系统下，启动时各个 ［］ 1 嵌入式设计将是微控制器的发展趋势 。 针对低功耗这一情况，人们一直在努力开发或 改造出各种更适合便携式应用的嵌入式 MCU ，但往 往把注意点都集中在功耗上，结果是在功耗降低的 同时性能没得到提高，甚至采用了降低性能来减少 功耗的办法，没有在功耗与性能之间取得较好的平 ［］ 衡 2 。随着应用领域的拓展，便携式产品在要求低 功耗的同时，往往也对性能有了较高的要求。为此， 我们自主设计开发了一款应用于便携式领域的高性 能、低功耗嵌入式 MCU 。它是根据各种性能参数适 ［］ 当的取舍3 ，以获得低功耗高性能的指标要求。本 图1 MCU 中功耗在各个模块中的分布图 文具体分析了嵌入式 MCU 的功耗分布、能耗机制和 降低功耗的可能途径，找出了既可以最大降低功耗