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分类:

2009-10-14 09:28:18

文件: SEP4020功耗测试报告.pdf
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测试日期:2009年9月24日,2009年9月25日,2009年9月26日

测试人:张黎明 顾昊琳 石桂康 陈招娣

 

修改记录:2009.9.27修改文档中各个模块打开部分图片 顾昊琳

 

一、           SEP4020介绍:

SEP4020提供四种低功耗模式:SLOW、NORMAL、IDLE 和SLEEP。

●SLOW 模式不打开DPLL,芯片工作频率为2~5MHZ/n,其中n=1/2/4/6/8,缺省为2~5MHZ/1;

●NORMAL 工作在DPLL 的时钟之下,此时DPLL 的输入为晶振时钟;

●IDLE 模式关闭CORE 时钟,减小内核和存储器功耗可以从 NORMAL 和SLOW 进入IDLE。

●SLEEP 关闭所有时钟,SLEEP 时的功耗<150uW,支持SDRAM 的数据自刷新,支持RTC 日历保持。

 

SEP4020有三路电源,一路供给core,一路供给DPLL,一路供给I/O(下文所有I/O均为片内I/O)。

二、           测试工具:

 1、硬件工具:

(1)SEP4020开发板,仅带有cpu+晶振+jtag的最小系统3块(以下简称最小系统);

(2)电流测试工具:Agilent N6705A DC power analyzer;

(3)稳压电源两台。

(4)J-link

2、软件工具:

    (1)ADS1.2

(2)Protel 99 (UB4020EVB(V1.1)完整版本)

 

二、测试目的:

测试芯片级功耗。

主要测试最小系统在正常电压工作环境下(1.8V),低电压工作环境(低于1.8V)以及在高温(80°C)和低温(-40°C)下的PLL,CORE和I/O口的功耗,主要分为以下几大部分:

●动态功耗:是指cpu处于正常运行时的功耗,主要情况有:有I/O操作/无I/O操作;系统主频处于slow(4M);normal模式的各种主频。

备注:本来打算轻载程序使用普通程序,重载程序使用循环算pi程序,但经实验验证重载程序和直接写while(1)的效果是一样的,反而是有I/O操作和无I/O操作有很大的差别,因此这里改成有I/O操作(点蜂鸣器程序)和无I/O操作情况(while循环);测动态功耗时内部模块使能统一,仅保留最少必要模块时钟

●    特殊模式下的功耗:主要是idle和sleep模式(slow模式下已在动态功耗部分测得)

●    芯片内部模块的使能对芯片功耗的影响:系统处于正常运行时,从最少必要模块开始一个个模块使能,测试模块对芯片功耗的影响。

●    低电压工作状态:测试在pll电压保持不变的情况下,依次降低core的电压,测试芯片的四种状态(nomal, slow, idle(含进入和唤醒),sleep(含进入和唤醒))是否正常,并找出完全不能实现的极点。

●    特殊工作温度下的功耗:主要是极端低温度(-40℃),极端高温度(80℃)

备注:静态功耗:是指系统有电压而无运行时钟,此时cpu所处的模式和sleep时的功耗几乎相同,因此静态功耗请参考sleep模式的功耗。

 

三、测试方法:

电路配置:

     由于整个系统的电压供给有三路,一路是3.3伏的电压供给芯片VDDI/O,一路1.8伏的电压供给芯片core,一路1.8伏电压供给芯片的pll。

因此本测试直接通过专用仪器给这三路供电,不通过外部稳压器件,这样这三路的所经过的电流均是SEP4020芯片本身的电流。由于Agilent N6705A DC power analyzer只能监测一路的电流(由于内部模块没有买齐),因此我们先用两路稳压源对三路中的两路供电,让高精度电流仪为监控路供电压,获得监控路电流值,并轮流转换得到三路的电流。

程序烧写:

       为了降低外围设备对分析芯片功耗所带来的影响,本测试没有提供外部存储介质,所有程序都是在内部esram中实现,先通过jtag将程序download到esram中,然后让程序运行,拔去jtag解除调试器对芯片的halt(必须拔去,因为jtag本身是使用3.3伏的,会对测试产生干扰),此时系统处于待测试状态。

 

四、测试结果及分析:

0、 测试注意点:

(1)由于程序只能在esram中运行,需要借助axd调试器,模块打开若无特别说明,均仅打开esram,emi,GPT(定时器,名称属于历史遗留问题)。程序入口地址为0x0400000,注意此时需修改程序的堆栈地址。

(2)此次测试没有开启mmu cache,因为本次测试所有代码均在esram中运行,因此开启mmu cache不能说明真实问题,留置测试板级功耗测试。

(3)在测试外设时,注意将蜂鸣器部分跳线帽断开。

(4)以mA为单位时,测到小数点后两位数据已经出现抖动,所以再保留到第三位已经没有意义了。

(5)测I/O的电流时, J-link加在电路上测的,通过多次观测,J-link在不同主频下电流区别不大,在0.50 mA—0.53 mA之间,注意数据中的I/O电流值是包括J-link的。

(6)测Core的电流时,J-link是否加载在电路上不影响测试结果,因为J-link用3.3V电压供电,不影响1.8V供电的Core电流。

 

1、  动态功耗测试

 

本节测试目的:主要测试在芯片的不同部分在芯片正常工作时的功耗比重。

 

 

 

 

测试结果:

 

Cpu状态

主频

I/O操作

Pll电流值

(mA)

Core电流值(mA)

I/O外设

(mA)

芯片总电流

(mA)

Slow

4M

有

5.45

3.25

9.00

17.7

无

5.55

3.10

9.15

17.8

Normal

18M

有

6.62

10.65

9.81

27.08

无

6.54

10.00

9.87

26.41

30M

有

7.07

17.02

10.38

34.47

无

6.55

15.89

10.50

32.94

52M

有

6.81

28.13

11.48

46.42

无

6.75

26.00

11.61

44.36

88M

有

6.36

46.50

14.22

67.08

无

6.40

43.24

13.63

63.27

96M

有

6.70

50.50

15.57

72.77

无

6.50

46.91

14.90

68.31

 

(红线为有I/O操作时候的电流值,蓝线为有I/O操作时候的电流值,纵坐标为电流值,单位mA,横坐标为主频,单位MHz)

无IO操作

有IO操作

(注:由于本实验使用的稳压电源值具有一定程度的波动,可能会影响PLL的电流值)。

 

无IO操作

有IO操作

 

 

有IO操作

无IO操作

 

 

 

无IO操作

有IO操作

 

分析:

       SEP4020在不同主频下,core呈线性变化,而pll和I/O部分的功耗变化不大,因此在低频的时候pll和I/O部分所占比重较大,而等频率上去后,core的比重逐渐加大并成为主要来源。从芯片整体的角度来看,在不改变主频外地其它条件下,芯片整体功耗随着芯片主频的上升而基本呈线性关系。

 

2、  特殊模式下的功耗测试

本节测试目的:主要测试芯片处于非正常工作模式下(sleep,idle)时芯片内部各部分的功耗比重。

Sleep时是将core和芯片内部其它I/O模块的时钟关闭,因此和系统主频无关;idle时只是停止core的时钟,I/O外设部分仍然有时钟,因此和主频有关;外设也仅仅打开模块gpt, emi, esram。

程序中将在进入模式后点蜂鸣器,正常情况下蜂鸣器不会响。若在测试的中发现蜂鸣器在响,则说明此时未进入特殊状态,需排查原因。

 

测试结果:

Cpu状态

cpu进入特殊模式前的主频

Pll电流值

(mA)

Core电流值

(mA)

I/O电流值

(mA)

整个芯片电流值

(mA)

Sleep

X

0.00

0.89

5.40

6.29

Idle

18M

6.48

5.69

9.00

21.17

30M

6.96

8.71

9.65

25.32

52M

6.76

14.02

10.75

31.53

88M

6.56

22.67

12.42

41.65

96M

6.53

24.60

12.81

43.94

Sleep模式整个芯片的电流值为6.29mA,无图。

 

 

分析:

(1)pll在sleep的时候电流几乎为0,在idle的时候电流变化不大。

(2)Core在sleep时也电流也比较小,但是在idle的情况下随主频呈线性变化。

 

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给主人留下些什么吧!~~

myleeming2009-10-14 09:32:24

由于博客长度限制,只是粘贴了测试报告的一部分,完整部分请看pdf文档