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外围器件的能耗估算

下面以一个在仿真器中实现的外围系统为例，说明如何估算能耗分布的情况，该仿真器由一个作为I/O控制器的协处理器和一个作为音频模块的ADC转换器组成，它们结合在一起来驱动如麦克风或扬声器这样的音频器件。这些外围器件是便携式MP3拨放器这样的嵌入式系统中的典型配置。

1. I/O 控制器

I/O 控制器接收来自处理器的数据并把它转换为外围器件硬件所需的格式。在某些系统中，协处理器的作用是I/O控制器，在其它情况中用现场可编程阵列(FPGA) 或 ASIC，甚至在一些情况下用主处理器担任I/O控制器的功能。I/O控制器可与DMA直接通讯，以减少内联开关行为，并把主处理器释放出来处理其它任务。I/O控制器的高级模型如图3所示。

在模型中，协处理器队列可与处理器、内存和位于队列与音频/视频器件间的通讯信道进行通讯。当内存访问完成，协处理器将产生一个中断来激活处理器。如果操作正在记录到内存上，DMA控制等待直到FIFO被填充到一个用户定义的门限值，然后使用突发存取模式将数据写入到存储器。当系统正利用DMA从存储器播放音频/视频数据时，存储器把一串数据写入FIFO。通过突发存取模式可以减少总线操作时间，也减少了地址总线上的能耗。

I/O控制器能耗模型由制造商所给的数据表所产生。协处理器的有两种电源模式：激活和空闲模式。采用数据表中的电源电压和电流信息，由等式2可求得每个模式的等效电容值：

在激活模式中，通过这个电容可由等式3计算每个周期的能耗：

当不访问外围器件时，协处理器处于空闲模式。此时，可由等式4计算出每个协处理器周期的协处理器能耗：

Ncoproc是总线频率与协处理器频率的比率。

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关键词：嵌入式系统外围器件能耗估算