降低嵌入式系统功耗的三个实用技术
降低嵌入式系统功耗的三个实用技术
在当今的嵌入式系统设计中，优化电池寿命已成为许多团队的重要考量。除了常见的低功耗模式和外设管理等技术手段外，本文将介绍三种经常被忽视但能显著提升电池寿命的设计技术。
技术 1 – 放弃 GCC，选择商业编译器
在软件开发领域，免费和开源工具如GCC已成为开发者的首选。然而，在追求低功耗设计时，商业编译器可能是一个更好的选择。研究表明，在相同的编译设置下，商业编译器如IAR EWARM相比GCC可以将代码执行效率提升20%-30%。这意味着使用商业编译器可以在更短的时间内完成相同的工作，从而更快地进入休眠状态，减少整体能耗。
技术 2 – 使用 Tickless 模式以保持更长时间的睡眠
在使用RTOS的系统中，内核tick的周期性唤醒是一个不容忽视的功耗来源。以1ms的tick间隔为例，如果系统需要睡眠一分钟，就会产生6000次不必要的唤醒。通过启用tickless模式，系统可以将低功耗定时器进行缩放，使RTOS tick的触发间隔延长至数分钟、数小时甚至数天，从而显著减少不必要的唤醒，节省电池寿命。
技术 3 – 利用内部缓存
现代微控制器普遍配备了内部缓存，这为低功耗设计提供了新的优化空间。通过优化内存访问模式，缓存可以显著降低系统能耗。缓存通过预取和存储常用数据与指令，减少了对主存储器的访问需求，降低了访问延迟，提高了访问速度。这不仅减少了CPU的空闲周期，还使CPU能够更快完成任务，减少整体活动时间，从而降低处理器的总体能耗。
结论
在低功耗设计中，开发者往往倾向于关注睡眠模式、时钟门控等传统技术。然而，一些看似简单的技术优化同样不容忽视。本文介绍的三种技术方案，从编译器选择到系统运行模式，再到硬件资源的利用，为提升设备电池寿命或降低有源设备能耗提供了新的思路。值得注意的是，在优化过程中存在一个“膝点”，即在达到一定优化程度后，进一步优化带来的收益将大幅减少。因此，在实际设计中需要权衡优化成本与收益，合理规划优化策略。