时钟树和时钟芯片功耗管理

最新推荐文章于 2025-09-21 09:30:21 发布

原创

最新推荐文章于 2025-09-21 09:30:21 发布 · 835 阅读

7 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#单片机 #嵌入式硬件

本文详细阐述了时钟在芯片中的重要性，包括它是芯片运行的基础，工作频率的决定因素，以及动态时钟调节和动态电压调节等功耗管理技术。介绍了如何通过调整时钟频率和电压来平衡性能与能效，如在游戏和文字处理等不同负载下对CPU的影响。

时钟最开始也叫做计时器，人们用来记录时间。历史上也用过日冕、沙漏做过时钟，随者科技的发者和进步，现在的时钟已经集成到芯片内部，指甲盖大小的芯片既能记录时间，也能产生时间。

时钟是芯片运行的基础，相当于心跳，没有时钟，芯片就无法工作。为什么这么说呢？首先，CPU内部的寄存器是由锁存器或触发器构成的，触发器的置1、清0和置数功能靠其外部提供的时钟脉冲来产生跳变，如果没有这个脉冲信号，电路就没有使能跳变，也就没有时序，芯片也就无法工作。

了解时钟了，接下来聊一聊时钟树这个概念，前面我们说芯片运行需要时钟脉冲来驱动，这个脉冲由晶体振荡器提供时钟输入，经过各级电路的处理，最终传输给各个设备，设备获得一定时钟频率以后开始工作。时钟的这种传输过程就好比一棵大树的养分供给给其它分支，树上的主干和树枝就好比时钟的总线，树叶就像是外设，时钟就是通过总线传输给设备的。

1.芯片时钟和工作频率

芯片时钟这个概念对于上层软件开发的人员比较陌生。大家的常说和常聊的可能是芯片的工作频率，比如一个工作在1GHz下的CPU，或者工作在700MHz下的MPU或者MCU。其实这些工作频率都是由基准时钟通过倍频分频变化而得到的，比如1GHz的CPU由25MHz的晶振40倍频得到，700MHz的MCU由50MHz的晶振14倍频得到，这些倍频的操作可以通过锁相环（PLL）、延迟锁相环（DLL）、锁频环（FLL）、时钟发生器（Clock Generator）这些基本的电路模块得到。

芯片时钟和工作频率之间的关系是复杂的。一般来说，芯片的时钟越高，工作频率越高，芯片的性能越好，但同时也会带来更高的功耗和发热，因此芯片的时钟和工作频率需要在性能和效率之间做出合理的平衡和优化。

2.时钟芯片中的功耗管理技术：

动态时钟调节（Dynamic Clock Scaling）