以Zynq MPSoC 产品为例，介绍soc低功耗电路设计技术的应用。主要从硬件电路设计角度分析，后续再分析软件如何进行管理。Zynq MPSoC 器件不仅提供 64 位处理器可扩展性，同时还将实时控制与软硬件引擎相结合，支持图形、视频、波形与数据包处理。置于包含通用实时处理器和可编程逻辑的平台上，三个不同变体包括双应用处理器 (CG) 器件、四核应用处理器和 GPU (EG) 器件、以及视频编解码器 (EV) 器件， 为 5G 无线、下一代 ADAS 和工业物联网创造了无限可能性。

下图为Zynq MPSoC系统图。

电源管理

通过多电压域和电源门控技术实现低功耗。

多电源域

Zynq MPSoC主要有4个电源域：Low-power domain (LPD)，Full-power domain (FPD)，PL power domain (PLPD)，Battery power domain (BPD)。每个电源域是单独隔离的，能够独立上电和下电。还包括一些IO电源域。

Low-power domain (LPD)主要包括R5实时处理器单元，PMU，CSU,USB0/1,OCM， RPU使用的外围等等。
Full-power domain (FPD)主要包括APU（A53）处理器单元，GPU，FPD DMA，DDR控制器,APU使用的外围等。
PL power domain (PLPD)包括PL结构，DSP，一些高速外围接口等。
Battery power domain (BPD)主要包括：RTC时钟，BBRAM,OSC等。

电源管理模式

提供了多种电源管理模式：battery-powered mode, low-power operation mode, and full-power operation mode。
battery-powered 模式
只有RTC和BBRAM工作,其它模块都断电。

low-power operation模式
LPD域上电，其它域下电，LPD域各器件处于工作状态，如果不工作时，为了省电可以关闭器件时钟或下电。
配置如下表：

full-power operation 模式
所有域上电，但各器件可以单独下电，如usb控制器。

Deep-Sleep模式
将suspend PS域,下表是Deep-Sleep模式一种配置，除了TCM,RTC，其它模块都进入挂起或下电状态。Sleep模式为了部分信息不丢失，可以对memory保持供电。例如，TCM或OCM保持供电，DDR进入self-refresh等。这样系统唤醒时能够快速回复到原来状态。

电源域上电下电

如下表为外部电源管理模块给芯片供电描述。PMU处理器负责管理各个模块的断电和上电，其他master（apu，rpu）可以向PMU请求某个电源域进行上电或下电，通过电源门控技术实现各个电源域独立断电和上电。
每个电源域的供电电压也不同，通过多电压域技术减少系统功耗。

PMU管理

PMU单元负责整个系统的电源管理，系统上下电，电源域上下电，睡眠，唤醒等流程。
系统中各个master可以向PMU请求某个电源域上电和下电，睡眠唤醒。

小结

从以上分析可以看出，Zynq MPSoC 器件实现了多电压技术和电源门控技术，通过软件配置不同寄存器可以实现不同电源域和不同器件的上电和下电，从而进行低功耗管理。

时钟和频率管理

时钟系统为为各个处理器，外围器件，互联器件以及其他逻辑单元提供时钟。系统中有5个系统PLL：I/O PLL,RPU PLL,APU PLL,VEDIEO PLL,DRR PLL。这5个system PLL有同一个电源VCC_PSPLL进行供电，经过分频后到达不同器件。
I/O PLL：为LPD域低速率外围器件和部分互联器件提供时钟。
RPU PLL：为RPU MPcore和部分互联器件提供时钟。
APU PLL：为APU MPcore和部分互联器件提供时钟。
VEDIEO PLL：为video I/O提供时钟。
DRR PLL: 为DDR控制器和部分互联器件提供时钟。
系统中每个器件都有独立的门控，都可以独立的关闭各个器件的时钟。

部分器件可以工作在不同的时钟频率，能够动态的切换工作频率。。
例如，APU可以工作在full时钟频率，也可以工作在half时钟频率。通过软件可以配置工作频率，如DVFS

总结

通过软件可以配置系统工作在不同电源模式，不同模式下也可以动态的对不同器件调整工作时钟频率和工作电压，或者通过门控关闭工作时钟，或者对器件进行断电。
改变时钟频率或工作电压：动态功耗管理
器件进行上下电：静态功耗+动态管理

参考：ug1085-zynq-ultrascale-trm
ug1137-zynq-ultrascale-mpsoc-swdev