AM62x 프로세서를 이용해 저전력 임베디드 시스템 지원
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1 머리말
다양한 애플리케이션에서 임베디드 시스템의 인기가 높아지면서 단일 SoC로의 통합 수준도 높아지고 있습니다. 이처럼 통합 수준이 높아지면서 전력 손실 수준이 높아지고 열 시스템 비용이 늘어나며, 성능이 저하되고, 배터리 수명이 단축되고 있습니다. 이러한 문제점을 극복하려면 SoC를 대상 임베디드 시스템 내 사용이라는 맥락 정보를 바탕으로 정의, 구성 및 설계해야 합니다. 애플리케이션은 모두 각각 다르기 때문에 SoC에 맞는 작동 설정을 선택하면 최적 수준의 성능 및 전력을 달성할 수 있습니다. 여기서는 텍사스 인스트루먼트가 선보이는 차세대 Sitara MPU 디바이스인 AM62x 프로세서에서 개발된 새로운 기능 및 기법을 소개합니다.
AM62x 프로세서에는 64비트 아키텍처, 강력한 3D 그래픽 엔진, 일반 용도 사용 및 애플리케이션 도메인에서 풀 FFI(freedom-from interface) 사용 시 안전을 보장하기 위한 일체형 M4F MCU 채널, 기초 및 차량용/산업용 보안을 위한 듀얼 코어 M4F, 디바이스 리소스를 위한 전용 R5F 코어 및 저전력 관리를 적용한 고성능 쿼드 코어 Cortex A53이 탑재되어 있습니다. 이 디바이스의 모듈형 아키텍처는 연결성, 전력, 보안, 안전성 및 비용 등과 같은 필수 시스템 리소스를 희생하지 않고 여러 가지 저전력 모드를 지원하면서 성능을 제공합니다. 그림 1은 높은 수준에서 본 AM62x 프로세서 블록 다이어그램입니다.
그림 1-1 SitaraTM AM62x 프로세서의 블록 다이어그램2 AM62x 전력 관리 기능
AM62 프로세서는 여러 가지 필수 기법을 사용해 활성 및 정적 상태 전력 소비량을 감소시킵니다. 표 2-1은/는 AM62x 전력 관리 기능 및 그에 따른 이점을 보여줍니다.
| 주요 기능 | AM62x 전력 관리 | 장점 |
|---|---|---|
| 저전력 모드 | DeepSleep, MCU Only, Standby, Partial I/O | 더 긴 배터리 작동 수명 시간 |
| APM(능동 전원 관리) | 125 MHz에서 낮은 버스 클록 주파수 작동(OPP 로우) | 저활동 사용 사례에서 저활동 전력 소비 |
| DFS(동적 주파수 조정) | 열 관리 | |
| 전원 공급 장치 간소화 |
0.75V에서 최대 1.25GHz A53 0.85V에서 1.4GHz A53 |
코어 전원 공급 0.75V로 차별화된 저전력 능력 코어 전원 공급 0.75V로 더 높은 성능 제공 |
|
단일 코어 전원 공급 보다 간소화된 전원 도메인 |
전원 솔루션 비용 절감 및 보다 간소화된 전력 관리 소프트웨어 제어 | |
| 저비용의 분리형 전원 솔루션을 제공하는 일체형 LDO로 간소화된 전원 시퀀싱 |
더 손쉬운 전체 시스템의 전원 솔루션 최적화 저비용 전력 솔루션 |
|
| 컴패니언 PMIC | 새로운 저비용 PMIC | AM62x에 대해 최적화된 저비용 PMIC |
2.1 저전력 모드
AM62x 프로세서는 Partial I/O 모드부터 DeepSleep 모드, Standy 모드(mW 미만부터 몇 mW까지)까지 다양한 전력 손실 수준의 최적화된 저전력 모드를 지원합니다. 표 2-2은/는 AM62x 프로세서에서 지원되는 다양한 저전력 모드를 높은 수준에서 바라본 것입니다.
| 저전력 모드 | 웨이크업 소스 | 애플리케이션 상태 및 유스 케이스 |
|---|---|---|
| Partial I/O | CANUART I/O 뱅크 핀 | CANUART I/O 뱅크 I/O 핀으로부터 I/O 웨이크업 기능을 유지하기 위해 CANUART I/O 뱅크에서 I/O 핀을 제외하고 SoC 전체가 OFF 상태입니다. |
| DeepSleep | GP 타이머, RTC 타이머, UART, I2C, MCU GPIO0, I/O 데이지 체인, USB 웨이크업 이벤트 | 코어 도메인 레지스터 정보가 상실됩니다. 이 모드에 들어가려면 그 전에 애플리케이션이 코어 도메인의 온칩 주변 레지스터(맥락) 정보를 저장해야 합니다. DDR이 자체 새로고침 상태입니다. 부트 ROM이 웨이크업을 위한 주변 맥락 복원을 실행하고 연결하며, 이어서 시스템 작동이 재개됩니다. 이 모드는 주로 배터리 수명 또는 백업 작업을 위한 Suspend to RAM 목적으로 사용됩니다. |
| MCU Only | MCU 채널에서 지원하는 DeepSleep 웨이크업 이벤트, Interrupt 이벤트 | MCU 서브시스템이 MCU PLL 클록에서 구동됩니다. SoC 상태의 나머지 부분은 DeepSleep의 경우와 동일합니다. DDR이 자체 새로고침 상태입니다. MCU는 이 저전력 모드 상태에서 MCU 도메인 주변 장치와의 애플리케이션을 구동할 수 있습니다. |
| Standby | 모든 SoC 인터럽트 이벤트 | 온칩 콘텐츠가 온전하게 보존됩니다. 모든 SoC 인터럽트 이벤트는 이 저전력 모드에서 웨이크업 이벤트를 야기할 수 있습니다. A53 및 MCU M4F는 WFI 또는 파워 다운 상태입니다. DDR 메모리는 자체 새로고침 상태입니다. 디바이스는 비 웨이크업/MCU 도메인 주변 장치에 대해 낮은 수준의 프로세싱을 구동하고 그러한 주변 장치에서 웨이크업을 지원할 수 있습니다. |
Partial I/O: CANUART I/O 뱅크의 I/O 핀과 스몰 로직은 활성 상태이며, SoC의 나머지는 전원이 꺼진 상태입니다. 사용자는 I/O 웨이크업 이벤트가 트리거되면 I/O 핀을 사용해 다중 I/O 웨이크업 이벤트를 합치고 PMIC_LPM_EN 핀을 토글해 PMIC 또는 개별적 전력 솔루션을 활성화할 수 있습니다. I/O 웨이크업 이벤트에 관한 정보는 CANUART I/O 뱅크 내 MMR에 기록되며, 소프트웨어가 콜드 부트와 웨이크업을 구별해 웨이크업 이벤트에 더 신속하게 반응할 수 있도록 도와줍니다. 이 모드는 CAN 웨이크업이나 이더넷 웨이크업을 지원하는 데 사용할 수 있습니다.
DeepSleep: DeepSleep 모드는 Standby 또는 MCU-Only 모드에 비해 전력 소비 수준이 더 낮습니다. DeepSleep 모드는 보통 사용자가 처리나 더 높은 성능을 요하는 이벤트를 기다리고 있는 동안 매우 낮은 전력 수준을 유지해야 하는 경우 비활성 상태에서 사용됩니다. DeepSleep은 최저 전력 모드이지만 DDR은 계속 자체 새로고침 상태로 유지되기 때문에 웨이크업 이벤트에서 완전한 콜드 부트가 필요 없고, 따라서 웨이크업 지연을 크게 줄여줍니다. 이 모드에서는 RTC 또는 그 외 타이머 기능이 필요 없을 때 양쪽 오실레이터를 모두 비활성화하는 방법으로 최저 전력을 달성할 수 있습니다.
MCU Only: MCU-Only는 저전력 모드에서 낮은 수준의 처리를 요구하는 저전력 유스 케이스에서 사용합니다. SoC의 상태는 MCU 채널이 완전 활성 상태로 MCU 채널 리소스와 주변 장치에서 애플리케이션을 구동한다는 것을 제외하고 DeepSleep의 경우와 동일합니다. MCU 채널에서 인터럽트 이벤트가 발생하면 MCU-Only로부터 웨이크업이 개시되며, DeepSleep에서 지원하는 웨이크업 이벤트도 MCU-Only로부터 웨이크업을 촉발할 수 있습니다.
Standby:디바이스를 Standby 모드로 두면 저활동 시간대에 전력 소비량을 줄일 수 있습니다. 이 첫 번째 전력 관리 레벨을 이용하면 신속한 재시작을 위한 디바이스 맥락을 유지할 수 있습니다. Standby 상태는 Active 상태보다 전력 소비량이 낮지만 사용자가 스위치가 꺼진 전력 도메인 맥락을 온칩 메모리나 DDR에 저장해 두어야 올바로 웨이크업을 재개할 수 있습니다.
