引言

　　智能手機(jī)中包含了很多耗能設(shè)備， 諸如MP3、MPEG- 4、Wi-Fi、數(shù)碼相機(jī)、3D 游戲等等。在手機(jī)電池容量還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍的前提下， 我們不得不考慮手機(jī)電源節(jié)能的問(wèn)題。我主要通過(guò)了以下四個(gè)方面來(lái)闡述在基于Linux 平臺(tái)上的智能手機(jī)的解決方案。

　　CPU 的選擇

　　盡管現(xiàn)在有了各種在不過(guò)多加重功耗負(fù)擔(dān)的前提下提高性能的技術(shù)， 但用一個(gè)芯片來(lái)處理這么多各種各樣的任務(wù)， 恐怕已經(jīng)不是一個(gè)很好的選擇了。一是因?yàn)檫@些功能對(duì)芯片處理功能的要求可能各不相同， 二是因?yàn)橐粋€(gè)負(fù)擔(dān)著如此眾多任務(wù)的芯片勢(shì)必需要很高的速度， 降低功耗變得很困難。

　　在這種情況下， 多CPU 系統(tǒng)（MPCore）成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。多CPU 系統(tǒng)的一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是： 針對(duì)不同的任務(wù)處理需要， 不同的CPU 可以各盡其職， 將自身的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮， 由此帶給手機(jī)最優(yōu)化的性能表現(xiàn)。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)顯然還是體現(xiàn)在對(duì)功耗的控制上： 假如用單CPU 來(lái)完成所有的功能， 不可避免地需要一個(gè)很高的CPU 速度， 從而造成很高的功耗。用一顆高速CPU 來(lái)完成這樣的任務(wù)， 無(wú)疑是大牛拉小車， 同時(shí)浪費(fèi)很多能源。多CPU 系統(tǒng)可以根據(jù)不同的任務(wù)需要合理地啟動(dòng)、停止相應(yīng)的CPU 來(lái)完成任務(wù)，不需要的時(shí)候處于停歇狀態(tài)， 實(shí)現(xiàn)最大限度地控制功耗。

　　既然我們選擇了多CPU 的架構(gòu)， 那么接下來(lái)CPU 的性能就是我們要考慮的第二大問(wèn)題。一般的情況下， 我們是在CPU 的性能（ Performance） 和功耗（ Power Consumption） 方面進(jìn)行比較和選擇。通常可以采用每執(zhí)行1M次指令所消耗的能量來(lái)進(jìn)行衡量， 即Watt/MIPS。

　　我們把CPU 的功率消耗分為兩大部分： 內(nèi)核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O， 總的功率等于兩者之和， 即PPCORE+PI/O。對(duì)于PCORE， 關(guān)鍵在于其供電電壓和時(shí)鐘頻率的高低; 對(duì)于PI/O 來(lái)講， 除了留意各個(gè)專門I/O 控制器的功耗外， 還必須關(guān)注地址和數(shù)據(jù)總線寬度。

　　在數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中， CMOS 電路的靜態(tài)功耗很低， 與其動(dòng)態(tài)功耗相比基本可以忽略不計(jì)。CMOS 電路動(dòng)態(tài)功耗的計(jì)算公式如下：

　　Pd=CT*V2*f， 其中Pd 是CMOS 芯片的動(dòng)態(tài)功耗， C是CMOS芯片的負(fù)載電容， V 是CMOS 芯片的工作電壓， f 是CMOS 芯片的工作頻率。

　　由上可見， 當(dāng)CPU 確定后， 我可以通過(guò)降低頻率和電壓來(lái)減少系統(tǒng)的功耗。

　　在CPU 的選擇方面， 我們推薦采用Intel 的Xscale 芯片， 以及IBM的PowerPC405G 芯片。

　　動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）

　　系統(tǒng)不可能始終處于滿負(fù)荷狀態(tài)， 因?yàn)橄到y(tǒng)的工作量隨時(shí)都在改變。動(dòng)態(tài)電源管理（DPM） 通過(guò)選擇性的將空閑的系統(tǒng)組件置于低能耗狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體能耗的最優(yōu)化。

　　我們更為關(guān)注的是DPM在Linux 框架結(jié)構(gòu)下的實(shí)現(xiàn)。圖1 展示了電源管理和嵌入式Linux 堆棧之間的關(guān)系。

　　以下是一些于電源管理相關(guān)的接口以及API：

　　內(nèi)核接口。在針對(duì)Linux 的DPM 架構(gòu)中， 內(nèi)核中的DPM 子系統(tǒng)負(fù)責(zé)維持系統(tǒng)的電源狀態(tài)， 并把DPM 系統(tǒng)的各個(gè)電源得到管理的元件聯(lián)系在一起。DPM 子系統(tǒng)通過(guò)多個(gè)API 直接與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通信， 這些API 把驅(qū)動(dòng)程序從完全運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為各種電源得到管理的狀態(tài)。策略管理器（ 或應(yīng)用軟件自身） 通過(guò)多個(gè)API向DPM 子系統(tǒng)提供指導(dǎo)， 這些API 定義各種策略， 并在定義好的運(yùn)行點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移整個(gè)系統(tǒng)。

　　驅(qū)動(dòng)程序接口。啟用了DPM 的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序比默認(rèn)驅(qū)動(dòng)程序具有更多“狀態(tài)”： 由外部事件通過(guò)各種狀態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)它們， 或通過(guò)來(lái)自內(nèi)核DPM 子系統(tǒng)的回調(diào)來(lái)驅(qū)動(dòng)它們， 從而反映并遵循運(yùn)行策略。驅(qū)動(dòng)程序API 還允許驅(qū)動(dòng)程序登記它們連接和管理的各個(gè)設(shè)備的基本運(yùn)行特征， 從而實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的策略決策。