本文關(guān)鍵詞：基帶芯片中CPU的低功耗設(shè)計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前市場上各種便攜式電子產(chǎn)品越來越普及,其中智能手機尤為突出,隨著智能手機功能的不斷豐富,它的耗電量也不斷攀升。但是目前智能手機等電子設(shè)備依然是依靠電池供電的。為了提升消費者的使用體驗,在電池供電量一定的情況下,必須尋求延長電池供電時間的辦法,所以如何降低智能手機等電子產(chǎn)品的功耗成為了目前業(yè)界的一個研究熱點。智能手機中最重要的芯片是基帶芯片,用來負(fù)責(zé)手機的通信。目前主流的基帶芯片可以支持2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)制式,并且集成了上千萬的門�；鶐酒腃PU是系統(tǒng)的運算核心和控制中心,用來處理指令和數(shù)據(jù),是系統(tǒng)中最活躍的部分,隨著基帶芯片支持的功能越來越豐富,CPU的數(shù)據(jù)處理任務(wù)也越來越繁重,CPU消耗的能量也越來越高。所以降低基帶芯片的CPU的功耗對降低整個芯片的功耗是非常重要的,對促進智能手機的發(fā)展也具有非常重要的意義。本文基于這一背景,對基帶芯片中的CPU進行了低功耗設(shè)計。本文的主要的工作是對一款基于ARM核的手機基帶芯片CPU進行了低功耗設(shè)計,包含兩個單元模塊:CPU負(fù)載監(jiān)測單元和電壓調(diào)節(jié)控制單元。設(shè)計過程中主要使用了動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)。設(shè)計的主要思想是當(dāng)CPU的處理任務(wù)不繁重的時候,可以通過動態(tài)調(diào)節(jié)其電壓和時鐘頻率來節(jié)省功耗。CPU負(fù)載監(jiān)測單元主要用來測量CPU的負(fù)載,該單元通過計算每個監(jiān)測周期內(nèi)的CPU活躍周期數(shù)所占的比例來判斷CPU的負(fù)荷情況,并根據(jù)負(fù)荷情況將CPU的性能級別請求信號發(fā)送給電壓調(diào)節(jié)控制單元。該單元包括四個子模塊:狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)計算、閾值比較和性能請求。電壓調(diào)節(jié)控制單元主要用來對CPU所在的VDD_CORE電壓域進行動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)。該單元對CPU等子模塊的性能請求信號進行處理,最終向電壓管理單元PMU輸出一個電壓選擇信號,使其為這些子模塊產(chǎn)生需要的電壓。同時該單元還向時鐘產(chǎn)生單元CGU請求各子模塊所需的時鐘頻率,由CGU產(chǎn)生其所需的頻率。該單元保證了各個子模塊的電壓和頻率請求變化之后,電路可以正確地做出響應(yīng),為各模塊提供所需的電壓和時鐘頻率。本文對上述兩個單元分別進行了仿真驗證,仿真結(jié)果證明了這兩個單元功能的正確性。該基帶芯片流片后的測試數(shù)據(jù)表明,芯片的功耗降低了近60%。測試結(jié)果說明這兩個單元實現(xiàn)了對基帶芯片CPU的動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié),有效地降低了CPU的功耗,對降低基帶芯片整體功耗有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：基帶芯片 CPU 動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié) 低功耗
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符號對照表10-11
• 縮略語對照表11-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 選題背景15
• 1.2 集成電路的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 低功耗的研究意義16-17
• 1.4 本文內(nèi)容安排17-19
• 第二章 CMOS電路低功耗設(shè)計原理19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 CMOS電路功耗產(chǎn)生19-22
• 2.2.1 動態(tài)功耗19-21
• 2.2.2 靜態(tài)功耗21-22
• 2.3 CMOS電路功耗的優(yōu)化22-23
• 2.3.1 動態(tài)功耗的優(yōu)化22-23
• 2.3.2 靜態(tài)功耗的優(yōu)化23
• 2.4 低功耗設(shè)計層次23-24
• 2.5 本章小節(jié)24-25
• 第三章 基帶芯片中的低功耗設(shè)計25-35
• 3.1 基帶芯片簡介25-27
• 3.1.1 基于ARM的SOC架構(gòu)25-26
• 3.1.2 基帶芯片架構(gòu)26-27
• 3.2 基帶芯片低功耗設(shè)計技術(shù)27-33
• 3.2.1 多電壓域技術(shù)27-29
• 3.2.2 門控時鐘技術(shù)29
• 3.2.3 門控電源技術(shù)29-32
• 3.2.4 動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)32-33
• 3.3 本章小節(jié)33-35
• 第四章 基帶芯片中CPU的低功耗設(shè)計35-59
• 4.1 CPU負(fù)載監(jiān)測單元35-40
• 4.1.1 狀態(tài)監(jiān)測（Time tracking）模塊36-37
• 4.1.2 狀態(tài)計算（Averaging）模塊37-38
• 4.1.3 閾值比較（Threshold checking）模塊38-39
• 4.1.4 性能請求（Performance tracking）模塊39-40
• 4.2 CPU負(fù)載監(jiān)測單元的驗證40-47
• 4.2.1 驗證步驟及環(huán)境41-42
• 4.2.2 測試平臺的搭建42-43
• 4.2.3 測試用例的編寫43-44
• 4.2.4 CPU負(fù)載監(jiān)測單元的仿真44-47
• 4.3 電壓調(diào)節(jié)控制單元47-55
• 4.3.1 VReq Map模塊48-49
• 4.3.2 Wait Clk Ack狀態(tài)機49-51
• 4.3.3 VStab Gen模塊51
• 4.3.4 電壓梯度控制狀態(tài)機51-55
• 4.4 電壓調(diào)節(jié)控制單元的驗證55-58
• 4.5 本章小節(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)59-61
• 參考文獻61-63
• 致謝63-65
• 作者簡介65-66

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本文編號：296765