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低功耗MCU系统软硬件设计考虑

2016-12-23 14:04:02 2080

0 ` 来源网络电子产品的低功耗问题经常让产品设计者头痛而又不得不面对。以单片机（MCU）为核心的系统，其功耗主要由单片机功耗和单片机外围电路功耗组成。要降低单片机系统的功耗，需要从硬件和软件两方面入手。硬件设计考虑因素要满足单片机系统的低功耗要求，选用具有低功耗特性的单片机可以很容易实现。因为具有低功耗特性的单片机可以大大降低系统功耗，这可以从单片机的供电电压、内部结构、系统时钟和低功耗模式等几方面来考察一款单片机的低功耗特性。一般来讲，用户在选择技术供应商和产品过程中，需要对下面的一些重要硬件参数进行更加深入的考量：选择简单的CPU内核选择CPU内核时切忌一味追求性能，以“够用就好”为原则。8位机够用，就没有必要选用16位机、32位机；单片机的运行速度越快，往往其功耗也越大。一个CPU越复杂、集成度越高、功能越强，片内晶体管越多，总漏电流也越大，即使进入STOP状态，漏电流也会变得不可忽视；而简单的CPU内核不仅功耗低，成本也低。选择低电压供电的单片机系统单片机系统的供电电压低，可以有效地降低其系统功耗。由于半导体制造工艺的发展，现在单片机的供电电压从5V供电降低到3.3V、3V、2V乃至1.8V。供电电压低，不紧可以降低单片机的功耗，还可以降低单片机外围电路的功耗。选择带有低功耗模式的单片机系统低功耗模式指的是系统的Idle、Stop和Suspend等模式。处于这些模式下的功耗将远远小于正常运行下的功耗。Idle模式下，CPU停止工作，但内部系统时钟并不停止，单片机的外围I/O模块也不停止工作；系统功耗一般降低有限，相当于工作模式功耗的50%左右。如果在CPU进入Stop模式时，将各个模拟外设关掉，这时的功耗可以降低到nA级。但是在Stop模式下，CPU被唤醒后要重新对系统作初始化，所有特殊功能寄存器的内容将被重新初始化。这在某些低功耗应用场合需要注意。 Suspend模式下，CPU、内部系统时钟停止工作，I/O模块等被悬挂起来，片内RAM中存储的数据将被保持，CPU的功耗可以降低到nA级，由唤醒事件唤醒。当CPU被唤醒后，系统不会被CPU复位，继续从进入Suspend模式的地方开始执行程序。这是一种非常理想的低功耗模式。在硬件层面来说，对上面的这些参数进行仔细衡量是十分必要的，除此之外，选择合适的时钟方案和使用每MIPS功耗来衡量MCU的低功耗性能也是非常关键的。应用软件考虑因素应用软件设计对于一个低功耗系统的重要性常常被人们忽略。一个重要的原因是，软件设计上的缺陷并不像硬件那样容易发现，同时也没有一个严格的标准来判断一个软件的低功耗特性。但是设计者如果能尽量将应用的低功耗特性反映在软件中，就可以避免那些“看不见”的功耗损失：用“中断”代替“查询” 在没有要求低功耗的场合，程序使用中断方式还是查询方式并不重要。但在要求低功耗场合，这两种方式相差甚远。使用中断方式，CPU可以什么都不做，甚至可以进入等待模式或停止模式；而查询方式下，CPU必须不停地访问I/O寄存器，这会带来很多额外的功耗。用“宏”代替“子程序” 子程序调用的入栈出栈操作，要对RAM进行两次操作，会带来更大的功耗。宏在编译时展开，CPU按顺序执行指令。使用宏，会增加程序的代码量，但对不在乎程序代码量大的应用，使用宏无疑会降低系统的功耗。尽量减少CPU的运算量减少CPU的运算工作量，可以有效地降低CPU的功耗。减少CPU运算的工作可以从很多方面入手：用查表的方法替代实时的计算；不可避免的实时计算，算到精度够了就结束，避免“过度”的计算；尽量使用短的数据类型，例如，尽量使用字符型的8位数据替代16位的整型数据，尽量使用分数运算而避免浮点数运算等。让I/O模块间歇运行在系统运行过程中，不用的I/O模块要关掉，间歇使用的I/O模块要及时关掉，以节省电能。同时，不用的I/O引脚要设置成输出或设置成输入，用上拉电阻拉高。总之，在单片机系统设计过程中，需要深入理解单片机低功耗的特性，并在硬件和应用软件的设计过程中充分利用单片机的低功耗特性，从而设计出符合低功耗要求的产品。 ` 0
2016-12-23 14:04:02　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 低功耗MCU系统软硬件设计考虑 11 • 低功耗MCU系统软硬件设计考量 0 • 基于软硬件协同设计的低功耗生理信号处理ASIC设计 24 • 低功耗设计需要软硬件通力协作 96 • 低功耗MCU设计考虑 100 • ARM MCU的软硬件debug过程 939 • 如何实现通用测试系统的软硬件设计？ 1631 • 基于RFID技术的物流系统软硬件设计 3586 • 为什么要从“软硬件协同”走向“软硬件融合”？ 2682 • Linux系统死机的软硬件问题理会 3968