从硅芯片到软件 设计低能耗嵌入式系统
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第一部分硅芯片选择 简介 设计低能耗系统时，我们需要关注一些非传统因素，这些因素涉及范围从硅芯片生产工艺技术，到基于单片机的嵌入式平台上所运行的软件。通过对系统层面的深入分析，本文讨论决定MCU能效的三个关键参数：工作模式功耗、待机模式功耗和占空比(他决定各种状态下所占用的时间比率，由软件自身来决定)。 低能耗待 机状态使MCU看上去具有超高能效，但事实是，只有考虑了控制工作模式功耗的所有因素后才能决定MCU的能效状况。总之，对于处理工艺、IC架构和软件结构选择的权衡是十分微妙的决定因素，有时会出现意想不到的结果。此外，单片机上功能模块相结合的方式对整体能耗加以动态影响。即使对硬件实现看似小而轻微的改变，都可能会导致系统运行周期中整体能耗的大幅波动。 低能耗应用 举几个应用示例。测量和报警系统通常由单电池供电，并具有约10年的生命周期。在传感器读取操作上(在产品生命周期中可能发生几亿次)，小小的电流消耗增长就可能会导致产品的实际使用寿命减少几年。而一个简单的烟雾报警器，需每秒检测一次空中烟雾粒子是否存在，在其生命周期中将要执行3.15亿次读取操作。 简单烟雾报警器的工作比例或占空比是相当低的。每次传感器读取操作可能花费时间不超过几百微秒，而大部分时间都消耗在其他方面，包括：校准和准备过程，单片机唤醒模数转换器(ADC)和其他感应模拟器件，并等待其达到稳定状态点的时间。在这种情况下，工作周期可能导致设计中的非活动状态时间大约占总时间的99.98%。 传统的烟雾报警器比较简单。我们来看一个更复杂的RF设计，此设计中，数据结果通过传感器网状网络传输到主机应用中。传感器需要监听主节点的工作状态，由此他可以发信号表明自己仍然在网状网络中，或者为路由器提供当前所捕获信息。额外的工作不一定会影响整个占空比，相反，在活动周期中，使用更高性能的装置还可以执行更多功能，因为高性能装置提高了处理速度(可通过使用更先进的架构和半导体技术实现)，与运行更多周期的慢速装置相比，快速装置具备更高能效。 |
