a) 初始化:初始化是嵌入式系统设计的基本步骤,也是控制整个系统功耗的重要的步骤,何以如此呢?我们知道,一般来讲在初始化部分,我们需要对整个系统进行配置,比如IO口的设置、外围功能的配置等,而其中最容易被设计者所忽略的一步就是对在项目设计中未被使用MCU的功能的配置,有时正是这些资源的配置不合理,从而导致系统整体功耗出现意想不到的结果。
b) 系统时钟的控制:合理使用系统时钟,会在功耗方面带来意想不到的效果。我们知道,CPU的系统时钟与CPU的功耗成正比,时钟越快,其功耗也越大。因此,对于一些具有多个系统时钟的Microcontroller,软件的设计时必须根据系统需求来选择合理的CPU时钟,例如某些带有外部Memory的运动手表,在正常的运行下可以采用32768Hz作为其CPU时钟,以获得最低的整体功耗;而在访问外部Memory时,由于外部Memory的访问电流在几个毫安甚至更高,而长时间的访问势必导致功耗的增加,因此为了有效地降低由于Memory访问而导致的电流的损耗,则可以切换到1Mhz或更高的CPU时钟下,以求在最短的时间里完成对Memory的访问。当然,在进行时钟切换的时候必须进行全面的考虑,因为选择较高的CPU时钟,其MCU本身的功耗也会增加,因此我们必须要在各种因素下找到其平滑点。对于一个给定的系统,由于电压是固定的,而且电池的容量也是固定的(设位WBatt),因此系统的功耗可以用下式来进行表示:
WBatt = ∑Ik*Tk (k = 0......n)
其中,Ik为系统在不同的状态或条件下的电流,而Tk则为系统在此状态或条件下所维持的时间。
从上式可以看出,若要获得最低的功耗,要求Ik*Tk必须最小,对于一些模式来讲,时间有时是不可控制的,比如待机模式,此时只有更小的电流才能获得最地的功耗,而反应在芯片上就是一款芯片的Power Down Current;相反,对于电流是固定的情况,则必须让系统尽可能短地停留在该状态下。
c) IO口的控制:IO口的控制主要集中在上拉、下拉电阻的选择,待机状态下的电平输入输出设置等。对于IO口的控制,必须记住一个原则:任何情况下,都必须尽可能保证在IO口上不存在电流的流动。电流即意味着能量的损耗,因此在软件设计是必须根据实际的情况来合理配置IO口的状态和其输入输出电平;
d) MCU工作模式的使用:对于大多数低功耗MCU,均存在多种工作模式,一般包括如下几个运行模式:
i. 正常运行模式:CPU和Clock均在工作,此时MCU处于最大功耗状态;
ii. 停机模式:CPU停止工作,但系统时钟仍在工作,此时MCU处于较低的功耗状态;
iii. 掉电模式:CPU和系统时钟均停止工作,此时MCU处于最低功耗状态;