【亚博APP安全有保障】嵌入式系统低功耗设计

栏目:国际业绩

更新时间:2021-03-16

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【亚博APP安全有保障】嵌入式系统低功耗设计

产品简介

在嵌入式系统中,低功耗设计是在产品规划以及设计过程中必需要面临的问题。

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本文摘要:在嵌入式系统中,低功耗设计是在产品规划以及设计过程中必需要面临的问题。

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在嵌入式系统中,低功耗设计是在产品规划以及设计过程中必需要面临的问题。半导体芯片每18个月性能缩减到。但同时,电池的技术却跟上半导体的步伐,同体积的电池10年容量才能刷一倍。嵌入式系统对于用于时间以及待机时间的拒绝也更加低,这就必须在设计产品的时候充份考虑到整个系统的低功耗设计。

功耗掌控是一个系统的工程,必须从低功耗的器件选型、硬件的低功耗设计与生产技术、软件的低功耗优化等多个方面来专责考虑到。作者就在润欣科技工作期间服务过的项目,总结从以上多个角度来阐释嵌入式系统中低功耗设计要点。低功耗器件选型随着半导体工艺的大大发展,半导体的生产工艺也在不断进步,搭配先进设备工艺以及低功耗设计的元器件可以从源头上减少整个系统的功耗。

1)主控芯片的选型要充份考虑到系统的用于场景,对于那些运算任务较为多的应用于场景下,可以搭配能耗于多的芯片来设计,比如像ambiq的Apollo系列芯片,该芯片使用具备专利的SPOT技术,芯片在亚阈值平稳运营,可增加能源消耗近13倍,构建淋漓尽致的低功耗技术。图1各厂家芯片ULPBench1.0Score2)对于嵌入式系统,电源芯片对于低功耗设计是一个很最重要的器件。电源芯片自身的功耗以及切换效率在相当大程度影响电池的用于时间。

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展开低功耗的稳压电路设计,须要使用低功耗的LDO或者DCDC芯片,如TI的TPS797系列,自身功耗仅有1.2uA。3)在符合功能市场需求的情况下,尽可能搭配带上启动时输入功能外部器件而非必须轮询的外部器件,这样可以增加MCU的运行时间,平时MCU可以仍然正处于睡眠中状态下,在符合启动时条件时有外部器件通过中断苏醒MCU工作。硬件的低功耗设计与生产技术硬件设计对于嵌入式系统的功耗也具有至关重要的因素。1)对外围元器件的电源掌控,使用带上变频器功能的器件,对于那些转入低功耗模式下不必须工作的外设,可以用于MOS管电路因应MCU掌控对局部的电路展开电源管理。

在该设备不必须工作时,尽可能变频器该部分电源,以超过更加较低的功耗。2)多级电压设计,电压和功耗具有紧密的联系。因此功耗的减少可以考虑到对于有所不同的电路模块,用于有所不同的电压等级,可以使用DVFS动态电压频率技术,通过将有所不同电路模块的工作电压及工作频率减少到刚好符合系统低于拒绝,来动态减少系统中有所不同电路模块功耗的方法。

3)硬件设计对于MCU的每个IO口都要防止IO口漏电流。当外设掉电时,IO口依然不会有潜在的电源输入,所以IO口必须配置文件配备成低电平或者高电平状态,防止溢电流。

软件对于系统功耗的优化软件对功耗的优化牵涉到到多个层次和方面。1)必要的减少CPU的运营频率,减少MCU的运营速度,可以有效地的减少运营时必须消耗的电流,芯片的功耗和主频是线性的关系,更高的时钟频率意味著更慢的MCU运营速度,那么MCU内部CMOS电路就更加慢的电源频率,造成更高的运营电流和待机电流。2)合理的用于MCU的待机模式,在当前没任务必须处置时,将MCU转入到低功耗的睡眠中模式。

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对于用于嵌入式操作系统的嵌入式产品,一般都是在idle空闲任务中转入睡眠中模式,但是为了更进一步降低功耗,构建低功耗最优设计,我们还无法必要把睡眠中或者停机模式必要放到空闲任务就可以了,必须设计一种更加先进设备的休眠状态机制,比如在freertos操作系统中用于tickless低功耗机制,转入空闲任务后,首先要计算出来可以继续执行低功耗的仅次于时间,也就是算出下一个要继续执行的高优先级任务还剩下多少时间。然后就是把低功耗的苏醒时间设置为这个算出的时间,到时间后系统不会从低功耗模式被苏醒,继续执行多任务。3)注目每一个GPIO口电平状态,在转入睡眠中之前配备所有的GPIO口到高电平或者低电平以减少溢电流。对于外挂的传感器以及外围设备,也必须在转入睡眠中之前配备其功耗模式以降低消耗的电流。

4)合理重开MCU内部模块,对于在DeepSleep模式下不必须工作的内部模块都要重开时钟以及电源以节省功耗,同时要重点注目仿真IO口,仿真功能一般是耗电量大户,在AD/DA功能不用于的时候尽早重开,增大用于仿真功能的时间。此外,芯片内部SRAM由于必须不时的创下,在睡眠中模式下也必须消耗一定的电流,可以配备部分SRAM在睡眠中模式下维持创下降低功耗。5)对于包括有无线功能的芯片,配备合理的待机参数以降低功耗。如比对于BLE芯片CSR1010,在展开BLE的广播模式下,60ms的广播间隔的待机电流时394A,如果将广播时间减小到1.28S,则待机电流减少到28A。

对于wifi芯片,比如高通QCA4004芯片,在DTIM1情况下对应功耗是1.5mA,在DTIM10情况下则减少到334A。总结嵌入式系统低功耗必须综合考虑到各种有可能的因素、条件和状态,必须对各种细节展开严肃的定夺和分析,必须对各种有可能的方案和方法展开计算出来和分析,尽仅次于的希望优化整个系统的功耗,超过最节省电能的目的。


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