可穿戴設(shè)備應(yīng)用中的顯示屏消耗了大部分電池電力。解決方法之一是直接提高電池容量，但是大容量電池會(huì)加大尺寸和重量，對可穿戴設(shè)備不合適，尤其是在市場不斷追求更小型化的新款產(chǎn)品時(shí)更是如此。更具挑戰(zhàn)性的是電池技術(shù)的發(fā)展跟不上日益增長的系統(tǒng)需求……
 
在可穿戴設(shè)備中電池使用壽命對于良好的用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。可穿戴設(shè)備應(yīng)用中的顯示屏消耗了大部分電池電力。解決方法之一是直接提高電池容量，但是大容量電池會(huì)加大尺寸和重量，對可穿戴設(shè)備不合適，尤其是在市場不斷追求更小型化的新款產(chǎn)品時(shí)更是如此。更具挑戰(zhàn)性的是，電池技術(shù)的發(fā)展跟不上日益增長的系統(tǒng)需求。因此最大限度降低顯示屏功耗成為可穿戴設(shè)備市場的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素。
 
由于可使用多種功耗模式并結(jié)合不同的喚醒次數(shù)，因此開發(fā)人員可根據(jù)應(yīng)用需求降低總功耗水平。當(dāng)顯示器處于使用狀態(tài)時(shí)，存儲器將根據(jù)何時(shí)被訪問以進(jìn)行突發(fā)讀取，而交替處于工作模式和待機(jī)模式。當(dāng)顯示器需要短時(shí)間暫停使用時(shí)，可使用深度待機(jī)模式。當(dāng)顯示器將在較長時(shí)間內(nèi)停止使用時(shí)，可使用休眠模式。
     
圖1所示的是使用串行FRAM的典型實(shí)現(xiàn)方案。CPU負(fù)責(zé)將初始顯示數(shù)據(jù)寫入到幀緩存。寫入后LCD控制器將來自FRAM幀緩存器的數(shù)據(jù)周期性刷新至LCD顯示器。在設(shè)計(jì)時(shí)采用FRAM，能為可穿戴設(shè)備顯示器提供每秒>30幀（fps）的刷新率。采用QSPIFRAM在各種分辨率的顯示器上提供的典型fps如下表所示。
 
除了用作顯示緩存，非易失性FRAM還能用作預(yù)渲染圖像存儲器，從而釋放閃存空間。這樣還能為幀緩存節(jié)省初始設(shè)置時(shí)間。過去的做法是在加電或從低功耗模式喚醒時(shí)，從閃存將數(shù)據(jù)和/或顯示模板復(fù)制到幀緩存。使用非易失性存儲器可以釋放系統(tǒng)，從而加快啟動(dòng)時(shí)間。圖2所示的是顯示應(yīng)用中微控制器的典型功耗特征。最大功耗發(fā)生在渲染和傳輸需要顯示的圖像期間。使用預(yù)渲染圖像可縮短微控制器的工作時(shí)間，減少這一額外功耗。
     
低功耗設(shè)計(jì)
顯示應(yīng)用通常采用320×240分辨率和每像素16位的顯示器。這種顯示器需要150KB容量的顯示緩存。一片4Mbit的串行FRAM能保存三幀這樣大小的圖像。一般情況下可穿戴設(shè)備的顯示器尺寸和分辨率更小，需要的顯示緩存也更小。在用作顯示緩存時(shí)，串行FRAM工作在存儲器映射模式下，以便CPU和訪問其他內(nèi)部存儲器一樣訪問串行FRAM。在本例中顯示控制器使用PSoC6中的通用數(shù)字模塊（UDB）、串行存儲器接口模塊（SMIF）和直接存儲器訪問（DMA）來實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)低功耗刷新操作（參見圖4）。顯示控制器（UDB）將生成用于顯示的控制信號，包括HSync、VSync、DataEnable（DE）和DotClock。由于UDB只有一個(gè)四字節(jié)FIFO，因此將內(nèi)部SRAM用作行緩存。與幀緩存相比，行緩存很小，不需要大容量內(nèi)部SRAM。
     
顯示控制器刷新率的表達(dá)方式是每秒幀數(shù)（fps）。Vsync脈沖表示每幀的開始。在每一幀中都有多條行與水平顯示行相對應(yīng)。Hsync脈沖表示每行的開始。每個(gè)Hsync脈沖內(nèi)的數(shù)據(jù)用點(diǎn)時(shí)鐘（DotClock）計(jì)時(shí)，如圖4所示。

   
在每個(gè)水平同步脈沖前，通過觸發(fā)DMA，從外部FRAM向SRAM復(fù)制行緩存。由于DMA無需CPU干預(yù)，因此CPU可以保持休眠模式以節(jié)省電力。在每個(gè)點(diǎn)時(shí)鐘上，由行緩存（SRAM）至顯示控制器（UDBFIFO）初始化DMA。顯示控制器將向顯示總線輸出數(shù)據(jù)和正確的控制信號。兩個(gè)幀刷新周期間的時(shí)間被稱為空白期（具體為垂直空白），可用來更新FRAM幀緩存。
 
總功耗與CPU+幀緩存+顯示模塊消耗的功耗呈函數(shù)關(guān)系。如果CPU和顯示模塊使用串行或并行存儲器產(chǎn)生的功耗保持不變，則因串行FRAM和并行SRAM電流消耗不同而觀察到的功耗差異顯示如下。
     
與傳統(tǒng)的顯示緩存相比，F(xiàn)RAM不僅功耗更低，而且引腳數(shù)更少、封裝更小?？蓪RAM用作通用幀緩存，并與帶有內(nèi)置顯示控制器的控制器搭配使用。除了最大限度地降低功耗以外，鐵電存儲器芯片也能用于可穿戴設(shè)備的非易失性存儲從而提高效率。
 
可穿戴設(shè)備市場正呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢，富于想象力的設(shè)計(jì)人員正在創(chuàng)造外型更小巧的產(chǎn)品。電池使用壽命長、功耗水平低是打動(dòng)消費(fèi)者購買的關(guān)鍵制勝因素。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)主要策略是最大限度降低顯示屏的功耗水平。使用FRAM取代傳統(tǒng)的SRAM顯示緩存是一種理想方法。
 
 
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