【干货】教你如何以0 MIPS运行你的嵌入式系统

率并不是闻所未闻，这时候就需要采取措施来保持低功耗。

图2显示了传感器管理的两种附加方法。外设反射系统/直接存储器访问（PRS / DMA）方法使CPU在完全不参与的情况下在深度睡眠模式进行ADC采样。而不是RTC唤醒CPU，然后CPU启动ADC进行采样。RTC通过事件系统（如Silicon Labs的PRS）将事件直接发送到ADC。ADC在接收到此事件时自动启动ADC转换。转换完成后，DMA在这种情况下也能够从深度睡眠模式下运行，从ADC获取数据并将其存储在RAM中。 PRS / DMA方法的好处是显著降低了电流消耗。在1 kHz时，系统电流从58μA降低到25μA。

图2  该ADC采样图显示了各种工作方式下的功耗

驱动ADC的更有效的方法是PRS /比较器（CMP）方法，其中RTC仍然通过PRS系统触发ADC，但在这种情况下，ADC立即使用比较功能对样本进行评估，除非发现有需要的数据，否则不使用DMA或CPU。这种方法能够实现1 kHz采样率时系统电流只有3.5μA。

动态ADC比较器

使用PRS/CMP方法，大部分采样数据都被丢弃，CPU只关注需要处理的数据。当信号变化缓慢时，或者需要特定的信号时，这种方法很有效。

当使用比较功能监视信号时，一种方法是测量信号，然后根据这个信号设置阈值，只要信号在阈值范围内，那么当ADC测量信号时，系统可以保持在深度睡眠模式，当然CPU也保持在睡眠模式。

然而，如果信号发生变化，并且超过阈值，系统将知道该信号，并采取适当的措施。在回到睡眠模式之前，ADC阈值将重新配置以适应新的信号值，因此系统可以再次进入睡眠模式，直到下一次信号发生变化。图3显示了这种技术的示例。圆点表示ADC样本，箭头表示每当CPU被唤醒时，它将记录本次变化并重新配置阈值。

图3  当信号超过阈值时，CPU中断动态修改ADC的阈值

使用这种方法，系统实际上将丢失一些信号准确性，因为信号可以在触发器之间的阈值范围内任意移动。然而，益处是功耗显著降低。

如果系统的目标是测量信号的动态值，则PRS / DMA驱动方法是理想的，因为它使所有数据可用，同时仍然可以提供非常有益的节能特性。

自主工作子系统

ADC示例只是众多通过睡眠模式降低应用功耗的方法之一。专注于低功耗应用的新型MCU（如Silicon Labs的EFM32 Gecko MCU）拥有大量功能，可在深度睡眠模式下运行，从而实现高水平的自主行为。

例如，Gecko MCU的LESENSE（低功耗传感）模块可以自动地、周期性地采样多达16个通道，完全不需要CPU参与。它可以实现高频率检测且充电1次就能工作10年。

在许多情况下，单个外设可以自主地履行其职责，但也有许多需要交互的情况。在这种情况下，我们可以利用诸如在当前一些新型MCU中存在的PRS系统这样的外设互连。这些外设互连允许多个外设连接以自主执行更复杂的任务。

图4显示了这样的自主系统示例，其使用事件链来执行其功能：

1.     RTC以给定的时间周期性地发送PRS信号至ADC以启动转换。

2.     RTC同时启动外部传感器，这样在测量时信号就已经准备好了。

3.     ADC完成采样并通知DMA，DMA把数据传送到RAM。

4.     来自ADC的完成PRS信号关闭外部传感器。

5.     当缓冲器满时中断唤醒CPU，或者超过ADC阈值时中断唤醒CPU。

6.     可选项：PRS看门狗监视事件循环，确保它保持运行。

DMA可以从图4所示系统中拿走，通过设置ADC的比较功能来做到更省电。

图4  该自主ADC系统包含周期工作的传感器和看门狗

这些自主子系统具有以下几个主要优点：

1.     显著节能。

2.     即使CPU负载很重时传感器依旧可以稳定工作。

缺点是，并不是所有的MCU都支持这种类型的操作，并且在设置交互时，您会希望像硬件设计人员一样思考。总之，对于许多电池供电型应用来说，其优点明显多于缺点。

结论

通过利用各种节能技术，当传感器测量时，CPU几乎完全脱离工作。对于表1所示的无线应用，这将使总平均功耗从61.6μA降低到37.6μA，降低了39％，从而使电池寿命从大约5个月延长到8个月，增加了64％，或者可以允许电池尺寸减小以改善系统外形。

对于非无线应用，节能将更加显著。表1中的示例，能耗将从29.6μA降低到5.6μA，由CR2032电池供电，理论上寿命