作者: Tawfeeq Ahmad
動態電壓和頻率調節 (DVFS) 是一種復雜的電源管理技術,對于優化嵌入式系統的性能和能效至關重要。DVFS 可根據工作負載需求動態調整處理器的電壓和頻率,從而有效降低功耗和發熱。這在電池供電和熱受限的環境中尤其重要,因為在這些環境中,能效和熱管理是關鍵因素。
這項技術的工作原理是降低處理器的頻率,從而直接減少功耗和發熱。同時,通過調節電壓確保處理器在各種性能狀態下都能保持穩定并可靠運行。這種動態調節有幾個主要優勢:
- 能效 :DVFS 可顯著降低功耗,從而延長便攜式設備的電池續航時間。這使其成為依賴有限電源的移動和物聯網 (IoT) 設備的重要功能。
- 熱管理 :通過降低發熱,DVFS 有助于維持設備的可靠性和性能。有效的熱管理可防止過熱,而過熱會導致硬件故障或性能下降。
- 性能優化 :DVFS 通過在需要時提供必要的計算能力,同時在執行要求不高的任務時節省能源,從而在性能和功耗之間取得平衡。這種平衡可確保設備高效運行,而不會影響電源效率。
在 [i.MX 8M Plus 系統級模塊] (SoM) 上實施 DVFS,突出了其重要性、運行機制以及利用此功能實現最佳性能和電源效率所需的步驟。通過了解和利用 DVFS,開發人員可以提高其嵌入式系統的能效和可靠性,使這些系統在各種應用中更穩健、更強大。
i.MX 8M Plus 系統級模塊概述
i.MX 8M Plus 系統級模塊 (SoM)(圖 1)以 [NXP] i.MX 8M Plus 應用處理器為核心。該處理器采用強大的四核 [Arm] Cortex-A53 CPU,運行速度高達 1.6 GHz,并輔以專為實時處理任務而設計的 Arm Cortex-M7 內核。i.MX 8M Plus 有一個突出特點:該器件集成的神經處理單元 (NPU) 能夠提供每秒 2.3 萬億次運算 (TOPS),顯著加快了機器學習推理任務的速度。
圖 1:iWave i.MX 8M Plus SoM。(圖片來源:iWave)
該 SoM 旨在通過提供廣泛的多媒體、連接和 AI 功能來滿足現代應用程序的多樣化需求。這些特性使其適用于從工業自動化和機器人到智能家居設備和消費類電子產品等應用。
主要特性和功能:
- 處理能力:
- 四核 Arm Cortex-A53 處理器,運行頻率高達 1.6 GHz
- Cortex-M7 內核,用于處理實時處理任務
- AI 和機器學習:
- 集成的 NPU,提供 2.3 TOPS 算力,加速機器學習推理過程
- 連接選項:
- 無線:
- 支持 Wi-Fi6,實現高速無線連接
- 藍牙 5.0,可與外圍設備進行穩定高效的無線通信
- 有線:
- 雙 CAN-FD(具有靈活數據速率的控制器區域網絡)接口,在工業和汽車應用中實現可靠的實時通信
- 以太網連接器,提供高速、確定性網絡解決方案
- 外設連接:
- USB 3.0 和 USB 2.0 端口,連接各種外設,確保提供靈活多樣的連接選項
- PCIe 3.0 插槽,用于高速數據傳輸和擴展選項
- 多媒體和顯示器:
- 雙 LVDS(低壓差分信號)接口,用于連接多臺顯示器~.~
- HDMI 2.0a TX 輸出,用于高清視頻輸出,支持 4K 分辨率
- 多個 MIPI 接口:
- 2 個 MIPI CSI(攝像頭串行接口)端口,用于高級攝像頭解決方案,實現高質量圖像和視頻采集
- 1 個 MIPI DSI(顯示器串行接口)端口,用于高級顯示器解決方案,確保高性能視覺輸出
i.MX 8M Plus SoM 兼具強大的處理能力、廣泛的連接選項和先進的多媒體功能,使其成為開發人員在各個行業中實現復雜、高性能應用的多功能解決方案。無論是用于工業控制系統、智能家居設備還是先進的多媒體應用,i.MX 8M Plus SoM 都能提供滿足當今苛刻的技術要求所需的靈活性和性能。
如何利用 i.MX 8M Plus 降低 CPU 頻率
利用 i.MX 8M Plus 降低 CPU 頻率涉及修改設備樹源 (DTS) 文件中的操作點表 (opp-table)。DTS 文件定義了系統的硬件配置,包括可用的 CPU 操作點,這些操作點決定了可能的 CPU 頻率及相應的電壓水平。通過調整這些操作點,您可以控制 CPU 的最大和最小工作頻率(圖 2 和清單 1)。
圖 2:說明如何更改 CPU 工作頻率的流程圖。(圖片來源:iWave)
復制a53_opp_table:opp-table
{
compatible=“operating-points-v2”;
opp-shared;
opp-100000000 {
opp-hz = /bits/ 64 < 100000000 >;
opp-microvolt = < 850000 >;
opp-supported-hw = < 0x8a0 >, < 0x7 >;
clock-latency-ns = < 150000 >;
opp-suspend;
};
opp-200000000 {
opp-hz = /bits/ 64 < 200000000 >;
opp-microvolt = < 850000 >;
opp-supported-hw = < 0x8a0 >, < 0x7 >;
clock-latency-ns = < 150000 >;
opp-suspend;
};
opp-800000000 {
opp-hz = /bits/ 64 < 800000000 >;
opp-microvolt = < 850000 >;
opp-supported-hw = < 0x8a0 >, < 0x7 >;
clock-latency-ns = < 150000 >;
opp-suspend;
};
opp-1000000000 {
opp-hz = /bits/ 64 < 1000000000 >;
opp-microvolt = < 850000 >;
opp-supported-hw = < 0x8a0 >, < 0x7 >;
clock-latency-ns = < 150000 >;
opp-suspend;
};
清單 1:設置 CPU 工作電壓和頻率的代碼。
這些命令可設置恒定的 CPU 頻率:
- 使用最大頻率:
echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
- 使用當前頻率作為恒定頻率:
echo userspace > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
- 如果支持,以下兩個命令可將縮放調節器設置為指定頻率。如果不支持該頻率,則使用最接近的支持頻率:
echo userspace > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
echo > /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_setspeed
表 1:這些條目可為不同的操作狀態指定頻率-電壓對,使系統根據工作負載要求動態調整性能。
結語
通過使用 DVFS 電源管理技術,設計人員可以優化嵌入式系統的性能和能效。DVFS 可根據工作負載需求動態調整處理器的電壓和頻率,從而有效降低功耗和發熱,這在電池供電和熱受限的環境中至關重要。
審核編輯 黃宇
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