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标题: 以0 MIPS运行你的嵌入式系统 [打印本页]

作者: yuchengze 时间: 2017-9-20 10:35 标题: 以0 MIPS运行你的嵌入式系统

即使是在诸如物联网应用的无线连接这种主导功耗的事件中，让尽可能多的进程自主运行，也可大大提高电池寿命。降低功耗一直是微控器(MCU)市场的一个主要关注点。超低功耗MCU现在可以大大降低工作模式和深度睡眠模式下的功耗。这种变化的效果是显而易见的，它大大提高了我们日常嵌入式应用中的电池寿命，并且提供了在未来使用能量收集的可能性。
然而，要基于新型MCU降低功耗，开发人员必须考虑到许多因素，对此Silicon Labs特别撰写一篇技术文章：“以0 MIPS运行你的嵌入式系统”，帮助开发人员了解如何利用新型MCU中外设的自主运行，通过更接近以“0”MIPS运行，来实现数据手册中所承诺的低功耗。
低功耗为嵌入式系统研发关键
对于在功耗敏感型物联网(IoT)应用中所使用的新型MCU和无线MCU(WMCU)来说，执行代码时的功耗已经明显下降，甚至达到40μA/ MHz以下。使用这些低功耗规格，您可能会想知道为什么我们需要睡眠模式，为什么不以500 kHz运行您的代码来实现20μA的电流消耗，并且允许您的应用使用电池运行10年?其实事情并不是这么简单的。
睡眠模式下的功耗在过去几年中也有显著的改善。我们现在可以看到深度睡眠模式下的功耗低于2μA，而一些睡眠模式下的功耗甚至低于50 nA。您可能会觉得拥有这些模式设计出来的系统功耗自然很低，然而事实并非如此，应用能否利用睡眠模式才是关键。
为什么工作模式是好的...也是坏的
使用MCU或WMCU的最直接的方法是让CPU管理一切。例如，您可以启动模数转换(ADC)，将一些数据放入通信接口(如USART传输)中，读取ADC数据，并对数据做出一些处理，所有一切都由CPU直接控制。直接的CPU控制简化了开发，但其成本是：每当外设或外部事件需要处理时，MCU都将处于工作模式，从而使功耗大增。
近期，一些数据手册显示工作模式的电流是40μA/MHz甚至更低，它们通常是高时钟频率下的参数，低频下会变大，进而导致绝对功耗变大。这是因为工作模式下频率和功耗不是线性关系。功耗由如下两部分组成，其中第二部分和频率联系不紧密：
1. 处理器本身，它是和频率按比例变化的。
2. 有基础工作电流的模块，比如低压差线性稳压器(LDO)，欠压检测器(BOD)等。
要想降低功耗，应尽可能地减少MCU在高功耗的工作模式下运行，尽可能地关闭外设，让CPU尽可能多地睡眠。
功耗预算
对于受限于能源的电池供电型应用来说，要知道能源消耗在哪里才能进行优化。表1显示了一个传感器检测无线应用的功耗预算，它的功耗优化不太好。
通过平均计算每个组件的功耗来测量或估计功耗。如果CPU占空比为两个百分点，并且在60μA/ MHz时工作在20 MHz，则CPU的消耗为24μA。
请注意，表1所示的功耗预算是根据功能划分的。例如，基础睡眠电流包括一个低频振荡器和一个实时时钟(RTC)来对系统事件进行定时从而允许深度睡眠。

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