功耗类型

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    总功耗包括两种功耗：动态和静态（也称为静态泄漏）功耗，因此总器件功耗计算如下：

P总计 = P动态 + P静态

    正如我们刚才所讨论的，时钟转换是动态消耗的很大一部分，但是这个“动态消耗”是什么？基本上，在软件中我们可以控制动态消耗，但我们无法控制静态消耗。

    静态功耗 泄漏消耗是设备消耗的功率，与运行的任何活动或任务无关，因为即使在稳定状态下也存在低“泄漏”电流路径（通过晶体管隧道电流、反向二极管泄漏等）。 ) 从设备的 Vin 到地。影响漏电消耗的因素只有电源电压、温度和工艺。

    我们已经在介绍中讨论了电压和过程。就温度而言，理解为什么热量会增加漏电流是相当直观的。热量增加了电子载流子的迁移率，这将导致电子流量增加，从而导致更大的静态功耗。由于本章的重点是软件，静态功耗理论到此结束。

    动态功耗 嵌入式处理器的动态功耗包括设备主动使用内核、内核子系统、外设（如 DMA、I/O（无线电、以太网、PCIe、CMOS 相机）、内存以及 PLL 和时钟）所消耗的功耗. 在低级别，这可以解释为动态功率是开关晶体管对电容充电和放电所消耗的功率。

    随着我们使用更多的系统元素、更多的内核、更多的算术单元、更多的内存、更高的时钟速率或任何可能增加晶体管开关量或它们开关速度的任何东西，动态功耗也会增加。动态消耗与温度无关，但仍取决于电压供应水平。

    值、平均值、坏情况和典型值。在测量功率或确定系统的功耗时，需要考虑四种主要的功率类型：功率、平均功率、坏情况功耗和典型功耗。

    和平均功率是通用术语，用于描述功率测量本身，而不是软件或其他变量对设备功耗的影响。

    简单地说，功率是在一段时间内测得的瞬时功率读数。这种测量有助于显示设备保持适当水平的信号完整性（可靠运行所需）所需的去耦电容量。

    平均功率在这一点上很直观：技术上是一段时间内消耗的能量除以该时间（功率读数随时间平均）。工程师通过计算随时间消耗的平均电流并使用它来计算功率来做到这一点。平均功率读数是我们重点优化的内容，因为这是电池或电源必须能够为处理器提供多少功率才能随时间执行应用程序的决定性因素，并且这也用于了解热量分布装置。

    坏情况和典型功率值均基于平均功率测量。坏情况功率或坏情况功率曲线描述了设备在给定时间段内以 100% 使用率消耗的平均功率。百分之一百的使用率是指处理器同时利用数量的可用处理单元（内核中的数据和地址生成块、加速器、位掩码等）、存储器和外设。这可以通过将内核置于一个无限循环中来模拟，每个循环执行 6 条或更多指令（取决于内核中可用的处理单元），同时具有多个 DMA 通道连续读取和写入内存，以及外围设备不断发送和接收数据。

    在实际系统中，设备很少会消耗坏情况下的功率，因为应用程序不会长时间使用所有处理元件、内存和 I/O，如果有的话。通常，设备提供许多不同的 I/O 外围设备，尽管只需要其中的一部分，并且设备内核可能只需要在一小部分时间内执行繁重的计算，只访问一部分内存。然后，典型功耗可能基于假设的“一般用例”示例应用程序，该应用程序可能使用处理器可用硬件组件的 50% 到 70%。这是软件应用程序的一个主要方面，我们将利用它来优化功耗。

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