- 浅谈嵌入式DSP访问片外SDRAM的低功耗设计研究

1)在EMIF中设立一个写后缓冲区，所有对SDRAM的读写请求均送到写后缓冲区，写后缓冲区立即给CPU响应，CPU可以不用等待写操作的结束而继续执行程序。

2)每当写后缓冲区接受到一个新的写请求后，首先判断写后寄存器中是否存在和该写操作在SDRAM同一行的写操作，若有，将这两个写操作归并后同时向SDRAM进行写。

3)当CPU读数据时，首先检查写后缓冲区，若存在要读的数据，直接从写后缓冲区读数据;若不存在，则从写后缓冲区中挑选和当前读操作在同一行的写操作归并后，对SDRAM进行读、写操作。

设计写后缓冲区不仅可以提高程序的执行效率，还可以节省功耗。综合考虑系统的性能与功耗要求，这里DSP写后缓冲区设计为8 KB，采用和I-Cache类似的结构。

3.3 动态监测总线利用率

SDRAM在所有的行都打开，等待读写操作时的功耗是所有行都关闭时的2倍多，因此SDRAM为了低功耗的需要，设计时都加入了休眠模式。当对同一行有大量的读写时，又需要采用开放的页策略，维持这些行打开。考虑到SDRAM的这些特点，单独采用开放的页策略或封闭的页策略是不合适的，需要结合运用。动态监测EMIF总线的利用率，块读、块写和读写归并时采用开放的页策略，当总线利用率较低时，采用封闭的页策略，当总线利用率很低时，将 SDRAM进入休眠模式，需要时再澈活。

以MT48LC2M32P2为例进行功耗估算，假设前后两次访问命中同一行的概率是90%，当总线利用率(每个周期内总线被平均利用的次数)高于 25%时。采用开放的页策略比采用封闭的页策略节省功耗，当总线利用率在25%～20%之间时，采用两种策略差别不大，维持当前采用的策略，当总线利用率低于20%时，采用封闭的页策略比采用开放的页策略节省功耗，当总线利用率低于10%时，在采用封闭的页策略的同时，每次访问结束后都将SDRAM进入休眠模式，比单纯采用封闭的页策略更节约功耗。

文献统计了通用处理器中不同程序的总线的利用率，如表1所示。可见，对于不同的程序，总线利用率差别较大。根据当前总线的利用率来决定采用何种策略访问SDRAM是比较合适的。

表1

4 优化后的EMIF的性能分析

对采用的总线监测的读写归并方案进行计算，假设前后命中同一行的概率是90%，根据Micron数据手册计算，归并两个写操作功耗减少24%，对不同的总线利用率的计算结果如图3所示。

图3 基于总线监测的读写归并方案功耗计算

5 结束语

在基于DSP的嵌入式应用系统中，存储系统的功耗占据系统功耗的大部分。当外部存储器采用SDRAM时，降低SDRAM的换行访问可以节约大量的功耗。本文设计的基于总线监测的读写归并方案，不仅降低了外部存储系统的功耗，而且可以在一定程度上提高存储系统的性能。加入的I-Cache可以使程序总线更快地读指令，加入的写后缓冲区(WPB)可以使CPU不用等待缓慢的外部写操作的结束而直接继续执行指令。