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單片機開發處理器的熱管理
微處理器系統中的熱管理是確保有效執行工作流程的重要因素。工程師展示了如何通過優化處理器的硬件和軟件級別來降低能耗。重點介紹了與特定應用數據表中的值相比，該技術如何將能耗降低了46％。
在設計過程的最后，工程師經常會遇到能源管理問題，而小尺寸的產品幾乎沒有散熱片或風扇的空間，從而導致性能降低。
通過對整個系統行為的深入分析，可以定義最佳方法來克服保持有限的電源預算和節省空間措施的潛在挑戰。這可以通過查看處理器CPU負載數據，核心頻率和結溫來完成。能夠提供一種優化處理器的方法，同時節省能源并最大程度地減少熱量的產生。
靜態和動態功耗
高處理頻率對整個計算機系統的能耗施加了嚴格的限制。因此，應始終將每個設備的能耗降至最低。功率計算不僅決定電源的規格，還決定最大的工作可靠性。
處理器的能耗通常分為靜態能耗和動態能耗。靜態功耗與流過器件的泄漏電流相對應，并隨溫度線性變化。邏輯門的總泄漏電流包括兩個主要成分：亞閾值和門泄漏。在CMOS數字電路中，亞閾值泄漏電流很大，并且隨著閾值電壓的降低呈指數增長。
“靜態能耗的有趣之處在于，它無法通過路徑重復；您可以選擇降低能耗的途徑。”另一端的動態功耗或多或少與結溫無關，但取決于CPU負載，CPU的平臺和頻率以及所使用的外圍設備。這意味著動態功耗取決于應用。
動態功耗是通過考慮兩個因素的總和來計算的：開關功率和短路功率。在對內部電容和凈電容進行充電或放電時會消耗開關功率。短路功率是在門切換狀態時，電源電壓和地之間的瞬時短路連接所消耗的功率。
圖1：溫度對功耗的影響
解決方案
實際演示是使用由工程師設計的兩臺單板計算機進行的。具有四核架構的T1042處理器被放置在每臺單板計算機上，并且可以運行高達1.5 GHz。
一個處理器運行一個提供100％CPU負載的應用程序。另一個是技術優化的處理器，它運行相同的應用程序并提供50％的CPU負載。紅外攝像機同時分析這兩個過程。攝像機圖像顯示在屏幕上。圖1中描述了這種情況。
“從圖2中的左側處理器來看，我們的散熱器溫度約為71°C，而右側處理器的溫度約為59°C，相差約12°C，” 工程師說。“在接線柱上，我們發現兩個工藝之間的結溫仍然存在巨大差異。
他補充說：“如果我們詳細研究能耗過程，這很有趣，我們會發現這兩個過程之間的差異在1.5和2 W之間，這是一個巨大的差異。”
工程師指出，此案例研究可以使T1042的功耗降低46％，與閱讀T1042規范所期望的相比。
“與客戶的深入討論中，我們得出的結論是，他們的應用程序不需要處理器的最大功能，” 工程師說。“實際上，客戶擔心數據表中的功耗數據（在高計算方案中列出的值）。因此，我們幫助他們縮小了實際功率估算范圍。之后，我們能夠將其轉化為靜態功耗限制，并同意交付符合此要求的零件。”
功耗是集成電路的主要挑戰之一。動態功率在CMOS電路中占主導地位。由于電流和負載容量充放電的短路而引起的開關活動，會產生動態耗散。
較低的功耗（除了較高的帶寬外）將是下一代處理器的主要因素。全球高速發展趨勢要求新的解決方案來優化能源管理。旨在降低動態功耗的一種技術涉及動態調整CPU中的電壓和頻率。此操作稱為動態電壓和頻率縮放（DVFS）。它受益于CPU具有離散的頻率和電壓設置的事實。
工程師強調說，這種方法為設計人員提供了一個機會，使他們可以將更大的處理器應用于最初認為由于功率限制而無法實現的應用中。這使他們能夠在系統中獲得更大的計算能力裕度，以適應未來的用例發展。他說：“對于工程師來說，這是另一項技術優勢，同時也提高了我們與客戶之間的親密關系，”