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单片机开发处理器的热管理
微处理器系统中的热管理是确保有效执行工作流程的重要因素。工程师展示了如何通过优化处理器的硬件和软件级别来降低能耗。重点介绍了与特定应用数据表中的值相比，该技术如何将能耗降低了46％。
在设计过程的最后，工程师经常会遇到能源管理问题，而小尺寸的产品几乎没有散热片或风扇的空间，从而导致性能降低。
通过对整个系统行为的深入分析，可以定义最佳方法来克服保持有限的电源预算和节省空间措施的潜在挑战。这可以通过查看处理器CPU负载数据，核心频率和结温来完成。能够提供一种优化处理器的方法，同时节省能源并最大程度地减少热量的产生。
静态和动态功耗
高处理频率对整个计算机系统的能耗施加了严格的限制。因此，应始终将每个设备的能耗降至最低。功率计算不仅决定电源的规格，还决定最大的工作可靠性。
处理器的能耗通常分为静态能耗和动态能耗。静态功耗与流过器件的泄漏电流相对应，并随温度线性变化。逻辑门的总泄漏电流包括两个主要成分：亚阈值和门泄漏。在CMOS数字电路中，亚阈值泄漏电流很大，并且随着阈值电压的降低呈指数增长。
“静态能耗的有趣之处在于，它无法通过路径重复；您可以选择降低能耗的途径。”另一端的动态功耗或多或少与结温无关，但取决于CPU负载，CPU的平台和频率以及所使用的外围设备。这意味着动态功耗取决于应用。
动态功耗是通过考虑两个因素的总和来计算的：开关功率和短路功率。在对内部电容和净电容进行充电或放电时会消耗开关功率。短路功率是在门切换状态时，电源电压和地之间的瞬时短路连接所消耗的功率。
图1：温度对功耗的影响
解决方案
实际演示是使用由工程师设计的两台单板计算机进行的。具有四核架构的T1042处理器被放置在每台单板计算机上，并且可以运行高达1.5 GHz。
一个处理器运行一个提供100％CPU负载的应用程序。另一个是技术优化的处理器，它运行相同的应用程序并提供50％的CPU负载。红外摄像机同时分析这两个过程。摄像机图像显示在屏幕上。图1中描述了这种情况。
“从图2中的左侧处理器来看，我们的散热器温度约为71°C，而右侧处理器的温度约为59°C，相差约12°C，” 工程师说。“在接线柱上，我们发现两个工艺之间的结温仍然存在巨大差异。
他补充说：“如果我们详细研究能耗过程，这很有趣，我们会发现这两个过程之间的差异在1.5和2 W之间，这是一个巨大的差异。”
工程师指出，此案例研究可以使T1042的功耗降低46％，与阅读T1042规范所期望的相比。
“与客户的深入讨论中，我们得出的结论是，他们的应用程序不需要处理器的最大功能，” 工程师说。“实际上，客户担心数据表中的功耗数据（在高计算方案中列出的值）。因此，我们帮助他们缩小了实际功率估算范围。之后，我们能够将其转化为静态功耗限制，并同意交付符合此要求的零件。”
功耗是集成电路的主要挑战之一。动态功率在CMOS电路中占主导地位。由于电流和负载容量充放电的短路而引起的开关活动，会产生动态耗散。
较低的功耗（除了较高的带宽外）将是下一代处理器的主要因素。全球高速发展趋势要求新的解决方案来优化能源管理。旨在降低动态功耗的一种技术涉及动态调整CPU中的电压和频率。此操作称为动态电压和频率缩放（DVFS）。它受益于CPU具有离散的频率和电压设置的事实。
工程师强调说，这种方法为设计人员提供了一个机会，使他们可以将更大的处理器应用于最初认为由于功率限制而无法实现的应用中。这使他们能够在系统中获得更大的计算能力裕度，以适应未来的用例发展。他说：“对于工程师来说，这是另一项技术优势，同时也提高了我们与客户之间的亲密关系，”