MCU低功耗规划（一）理论

一．MCU耗能要素

现代的MCU一般运用CMOS技能，耗能包含2方面：

静态耗费 主要是晶体管耗费能量；

动态耗费 公式=C×V2×f，其间C是CMOS的负载电容，V是供电电压，f是时钟频率；

总电能耗费是静态耗费和动态耗费之和，即：IDD=f×IDynamicRun[uA/MHz]+IStatic[uA].

因而，电能耗费依赖于：

MCU芯片尺寸 或许说晶体管的数目；

MCU供电电压 下降电压能够成平方等级地下降电能耗费；

时钟频率 能够把时钟频率下降到刚好满意运用需求；

外设数目 使能的外设越多，耗能越大；

运转形式 合理挑选作业形式能够大幅节能，如，全速作业极短时刻后进入睡觉形式。

二．节能办法

1.封闭不需求运用的外设；

2.一切未运用的引脚有必要连接到一个确认的逻辑电平；

3.当有外设有必要坚持激活时，运用Wait形式来取得低功耗；

4.运用适宜的VDD值；

5.尽或许地运用低功耗运转形式；

6.假如不能运用低功耗形式，那就将主频下降到满意运用的最小值；

7.假如或许，运用动态操控I/O引脚的上拉功用。

三．低功耗形式

支撑低功耗的MCU一般都有好几种运转形式，以ST公司的STM8L为例，它支撑5种低功耗形式：等候、低功耗运转、低功耗等候、自动中止和中止。每一种形式的进入办法，节能等级和外设作业要求，总结表1：

表1STM8L低功耗运转形式

上述低功耗运转形式关于开发者来说有点多，特别刚触摸STM8L处理器。咱们需求一般性的辅导准则，表2是来源于实践的经历。

表2挑选合理的STM8L节能形式

四．不为人知的技巧

1. 运用Wait替换查询办法到达节能意图

常见的查询办法如下，此刻CPU无事可干，白白耗费电能。

ADC_CR1 = ADC_START; /* start conversion */

while (!(ADC_SR & ADC_SR_EOC)) ; /* wait for EOC bit set */

能够运用等候事情的办法来节约电能。

先装备ADC为事情源，并使能相应的中止：

WFE_CR2 = ADC_COMP_EV; /* enable ADC as a source of event */

ADC_CR1 = ADC_EOCIE; /* enable interrupt for end of conversion */

当ADC转化完结后，唤醒处于等候的CPU：

ADC_CR1 = ADC_START; /* start conversion */

_asm(“wfe”); /* enter wait mode until waked by ADC_EOCIE*/

2. 无须上下文切换的中止形式

运用程序设计时，假如一切中止事情由ISR完结，能够经过将CFG_GCR寄存器中AL方位1来节约电能：防止保存/康复context、无须主程序运转（回来到WFI形式），如下图1所示。

图1 WFI形式下中止无须上下文切换

将AL方位1节约电能的办法相同能够用于HALT形式，原理如下图2所示。

图2HALT形式下中止无须上下文切换

3. 动态设置I/O口的上拉功用

许多运用需求按键作为人机接口，按键一般连接到I/O上。当按键没有动作时I/O口设置内部上拉而取得确认的逻辑电平；一旦按键按下，I/O口对地导通将发生额定的40～70uA电流，这关于电池供电的低功耗来说是十分重要的。

能够动态地操控I/O口的上拉到达节能的意图：一旦按键按下，中止服务程序将制止该I/O口的上拉功用；然后软件守时履行—先使能上拉功用，再检测I/O口状况，假如按键仍按下再次制止上拉功用，不然使能I/O口的上拉功用。整个逻辑如下图3所示：

图3 动态设置I/O口的上拉而节能

4. CPU闲暇节能战略

CPU的闲暇节能如下图4所示，它的逻辑包含以下几个过程：

(1)发现CPU闲暇：带OS体系，表现为使命没有事情需求呼应，或许进入idle进程；无OS体系，表现为程序运转完毕。

(2) 挑选一种适宜的CPU节能形式：chip_EnterLowPower()完结进入节能前的准备作业，包含：封闭外设，切换I/O引脚到节能状况。

(3) 退出节能形式需求调用chip_ExitLowPower()，或许发生在以下2种景象：

a. 需求运用被封闭外设的ISR：

b. 由process直接退出；

chip_ExitLowPower()的善后作业包含：使能外设，切换I/O引脚到作业状况。一起为防止ISR和process两次操作chip_ExitLowPower()，该函数设置了状况变量防止重复退出。

图4 CPU闲暇节能战略