本文要點
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嵌入式系統在運行期間需要節能，以確保較長的(de)電池續航時間、降低公用(yòng)電力消耗並防止產生過多(duō)熱量 |
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透過採用(yòng)各種節能模式和(hé)實施廣泛的(de)功耗管理(lǐ)策略，現代器件使設計師在控制功耗方面有了(le)更多(duō)施展空間 |
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嵌入式系統的(de)處理(lǐ)器可(kě)以成為耗電大(dà)戶，但也(yě)可(kě)以借助獨特的(de)演算(suàn)法在管理(lǐ)功耗方面發揮積極作用(yòng) |
此圖中的(de) IC 具有低功耗睡(shuì)眠模式，在這種模式下(xià)，它們在收到喚醒/警報信號之前不消耗能源
任何與電子產品打交道的(de)人(rén)，無論是作為設計師還是隸屬其他(tā)職能部門，都知道電子元件會產生大(dà)量熱量。它們在運行過程中也(yě)會消耗大(dà)量能源。當今世界非常注重能效，降低電子系統的(de)功耗始終是人(rén)們關注的(de)焦點。
由於多(duō)種原因，嵌入式系統是降低功耗和(hé)提高(gāo)能效的(de)主要物(wù)件。有的(de)嵌入式系統靠電池供電，要求電池續航時間長達數年，並且對電池形狀有特殊的(de)要求。有的(de)嵌入式系統靠電網或發電機供電，但這仍需要節約能源，以降低總體功耗並防止產生多(duō)餘熱量。
一些基本的(de)嵌入式系統功耗管理(lǐ)技術可(kě)以大(dà)大(dà)減少熱量產生、節省系統空閒期間的(de)多(duō)餘功耗等。當今的(de)器件、高(gāo)效的(de)調節器設計和(hé)先進的(de)功耗管理(lǐ)演算(suàn)法可(kě)以發揮巨大(dà)作用(yòng)，確保新的(de)嵌入式系統高(gāo)效節能。如果您正在規劃新的(de)嵌入式系統設計，請注意以下(xià)技巧，以確保您的(de)系統以最高(gāo)能效運行。
利用(yòng)嵌入式系統的(de)功耗管理(lǐ)技術降低功耗
所有嵌入式系統都提供用(yòng)於特定用(yòng)途的(de)計算(suàn)能力，但它們所包含的(de)元件遠遠不隻是一個 CPU。嵌入式系統的(de)許多(duō)領域都可(kě)以採用(yòng)功耗管理(lǐ)策略來降低功耗：
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處理(lǐ)器： |
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功耗調節： |
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外設： |
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信令協議選擇： |
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無線通(tōng)訊： |
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嵌入式韌體和(hé)軟體： |
下(xià)表顯示了(le)在上述每個領域中實現節能的(de)一些機會。其中一些領域在嵌入式系統開發中更為突出，應給予更多(duō)關注。下(xià)面將討論這些特定領域。
處理(lǐ)器 |
各種處理(lǐ)器可(kě)以自動進入低功耗模式，或者可(kě)以在代碼中配置啟動低功耗模式的(de)功能。 |
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功耗調節 |
對於特定的(de)功耗，應該進行功耗調節以使效率最大(dà)化(huà)。對於 AC-DC 轉換器，請使用(yòng) PFC 電路以確保高(gāo)效的(de)電能轉換。 |
外設 |
外設可(kě)以放置在一個 layout 中，這裡它們擁有自己的(de)調節部件和(hé)功耗，可(kě)根據需要切斷對這些部件的(de)能源供給。 |
信令協議選擇 |
許多(duō)器件可(kě)以與多(duō)個介面進行通(tōng)信，因此設計人(rén)員和(hé)韌體 / 軟體發展人(rén)員在某些情況下(xià)可(kě)以自由選擇功耗最低的(de)介面。 |
無線通(tōng)訊 |
無線協定可(kě)能不需要持續連接，可(kě)根據需要關閉 RFFE 和(hé)數據機。 |
嵌入式韌體和(hé)軟體 |
可(kě)以優化(huà)韌體 / 軟體本身，或者可(kě)以實施功耗管理(lǐ)策略來開啟 / 關閉外設。 |
軟體和(hé)韌體
很簡單，代碼執行策略包括編寫代碼，以便系統在最大(dà)程度減少邏輯運算(suàn)元量的(de)同時完成所需的(de)任務。使用(yòng)數位邏輯來實現計算(suàn)任務會增加任務的(de)演算(suàn)法複雜性，固件開發人(rén)員應該考量用(yòng)來實現演算(suàn)法的(de)邏輯。
對於單電路闆電腦這樣的(de)系統，應該優化(huà)作業系統本身，儘量減少後臺運行的(de)任務數量。Linux 內核是嵌入式電腦的(de)標配，因為 Linux 內核可(kě)以根據需要定制或多(duō)或少的(de)週邊應用(yòng)支援。透過消除後臺進程和(hé)服務，處理(lǐ)器可(kě)以在空閒時執行更少的(de)任務，降低功耗。
器件和(hé)處理(lǐ)器選型
正如上表所示，功耗在很大(dà)程度上取決於以上每個領域的(de)元件選型。尤其值得(de)注意的(de)是，許多(duō)處理(lǐ)器單元 (MCU、FPGA、MPU 等等) 被專門作為低功耗器件進行銷售，並使以下(xià)的(de)嵌入式系統功耗管理(lǐ)技術成為可(kě)能：
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使用(yòng)各種信令協定執行指令，因此可(kě)以根據需要選擇功耗最低的(de)協定。 |
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進入低功耗休眠模式或空閒模式，在這些模式下(xià)，將縮減內核電壓和(hé)頻率以降低功耗。 |
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降低 ADC 或其他(tā)接收器的(de)取樣速率，這將降低與模擬感測器交互時的(de)總功耗。 |
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動態開啟 / 關閉各種外設。 |
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使用(yòng)具有禁用(yòng)/啟用(yòng)設置的(de)外設，禁用(yòng)/啟用(yòng)設置可(kě)以通(tōng)過標準的(de)低速數位協定 (I2C、SPI、GPIO 等等) 觸發。 |
最後一點需要一個功耗管理(lǐ)策略，將功耗分(fēn)配到不同的(de)功能模組，每個模組都有自己的(de)功耗調節器。如以下(xià)區塊圖所示，這可(kě)以借助一些傳感介面和(hé)低速數位介面來實現。
區塊圖顯示嵌入式系統的(de)外設功耗管理(lǐ)技術
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譯文授權轉載出處
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