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开发超低功耗系统时选择合适微控制器的策略 作者：Monica Redon 共享 在物联网(IoT)的推动下，业界对各种电池供电设备产生了巨大需 通常，深度睡眠模式在数据手册中有相当详细的解释，但同样， 求。这反过来又使业界对微控制器和其他系统级器件的能源效率 获得这些模式下的电流消耗的条件因供应商而异（例如保留的内 要求不断提高。因此，超低功耗(ULP)已成为一个过度使用的营销 存量或电压）。此外，在实际应用中，用户还必须考虑进入和退 术语，特别是用于描述微控制器时。作为理解ULP背后真正意义的 出这些模式所消耗的电能。这可能是一个微不足道的值，也可能 第一步，应考虑其各种含义。在某些情况下，当电源严重受限时 事关重大，取决于器件是大部分时间处于睡眠模式还是频繁唤 （例如能量收集），应用要求最低工作电流。或者，当系统大部 醒。这就引出了下一个问题——器件有多长时间处于睡眠状态？ 分时间处于待机或睡眠模式，不常醒来（定期或异步）处理任务 工作模式和睡眠模式之间的平衡对于确定ULP测量非常重要。为 时，应用要求最低睡眠模式电流。此外，ULP也意味着能源效率， 了简化该过程，EEMBC对其ULPMark-CoreProfile (ULPMark-CP)使用1 大多数工作是在有限时间内进行的。总体而言，电池供电设备基 秒钟时间；这是一项基准测试，许多微控制器厂商将其用作数 于一组权衡考虑，综合使用这些要求。 据手册的标准。注意：使用1秒的决定被视为EEMBC工作组的共 识。考虑到ULPMark-CoreProfile工作负载的工作时间，占空比将为 当然，ULP也是一个见仁见智并与功能相关的问题。例如，我们一 98%左右。在该基准测试中，器件每秒唤醒一次，执行少量工作 般将工作模式电流在30 μA/MHz至40 μA/MHz范围、关断电流在50 nA （工作周期），然后回到睡眠状态。 到70 nA的微控制器单元(MCU)视为ULP。然而，能否将微控制器划 归超低功耗类涉及到复杂的特性组合，包括架构、SoC设计、工 通常，在工作模式下，模拟电路会导致电流消耗存在偏移；因 艺技术、智能外设和深度睡眠模式。本文将考察ADI公司的两款微 此，使工作电流最小并有效使用深度睡眠模式对优化整个系统的 控制器，以帮助大家了解如何在此背景下解读超低功耗的真正意 电能使用是有意义的。请注意，降低频率会降低工作电流，但时 义。我们还会讨论EEMBC联盟的认证机制，它确保了得分的准确 间会增加，前面提到的模拟电路造成的偏移在微控制器处于工作 性，可帮助系统开发人员为其解决方案选择最合适的微控制器。 状态时保持不变。但是，微控制器不同选择的利弊是什么？应用 的占空比和深度睡眠电流对消耗的电能有何影响？ 测量和优化超低功耗 每周期的电能是占空比D （以睡眠模式时间占总时间的百分比给 作为了解ULP的出发点，我们首先解释如何测量它。开发人员通常 出）的函数，可由一个简化的公式来定义，假设开启和关闭转 会查看数据手册，在其中可以找到每MHz的电流值，以及不同睡眠 换的电能很小。 模式下的电流值。第一个问题是，查看工作功耗时，数据手册通 常不会解释获得该值的条件，例如代码、电压和闪存上的等待状 电能 = V × t × [(IACTIVE × DACTIVE ) + (ISLEEP × DINACTIVE)] 态。有些供应商使用工作模式参考，例如EEMBC CoreMark ，而有些 供应商则使用像“while 1”语句一样简单的操作。如果闪存上有等 其中，斜率由ION 定义，因为ISLEEP远小于ION ，y轴截距就是ISLEEP 。此 待状态，则微控制器单元的性能会降低，增加执行时间，从而提 公式可以帮助理解占空比，其中工作电流比睡眠电流更重要。 高执行任务的能耗。有些供应商提供典型电压时的数值，有些提 供最低电压时的数值，