低功耗模式了解吗?大佬带你看功耗调试技术

功耗是我们常关注的能耗标准之一，低功耗往往能够带来更多的能源节约以及更好的性能。在这篇文章中，小编将从pwm的两种控制方法谈起，进而谈论功耗调试技术以及低功耗模式。如果你对功耗方面的知识具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、pwm的两种控制方法

1. 等脉宽PWM法

VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变其周期，达到调频的效果。改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。 相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。

2. 随机PWM

在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的)，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析，解决这种问题的全新思路。

二、功耗调试技术

功耗调试技术使软件工程师得以了解嵌入式系统的软件对系统功耗的影响。通过建立源代码和功耗之间的联系，使得测试和调整系统功耗成为可能，即所谓功耗调试。传统上，降低功耗仅是硬件工程师的设计目标;然而在实际运行的系统中，功耗不仅取决于硬件的设计，而且还与硬件如何被使用有关，而后者则是由系统软件来控制的。

功耗调试技术基于对功耗进行采样，并建立每个采样数据与程序的指令序列(以及源代码)之间的关联。其中的难点之一在于实现高精度的采样。理想情况下，对功耗的采样频率应该与系统时钟相同，但系统中的电容性元件会降低此类测量的可靠性。从软件工程师的角度来看，更感兴趣的是功耗与源代码以及程序运行期间的各种事件之间的联系，而非个别的指令，因此所需的采样分辨率将大大低于对每个指令进行采样的频率。

要提高功耗调试的精确性，关键在于建立指令跟踪与功耗采样之间的良好关联。最佳的关联仅当能够进行完全的指令跟踪时才能实现，但其缺点在于并非所有芯片都能支持这一功能;即便支持，也通常需要特殊的调试工具。

要在较低的精确性下达到较好的关联度，可以使用一些现代片上调试架构所支持的PC采样功能。该功能周期性地对PC进行采样，并给出每个采样的时间戳。与此同时，调试工具使用模数转换器对芯片的功耗进行采样。通过比对功耗采样值和PC采样值的时间戳，调试器就能够在同一根时间轴上显示功耗数据以及中断纪录、变量监控等图形，并且将功耗数据与源代码关联起来。

一般来说，功耗优化与速度优化是非常相似的。一个任务运行得越快，低功耗模式持续的时间就能越长。因此，将处理器的空闲时间最大化可以降低系统的功耗。

想要找出系统中不必要的能耗以及在何处能够降低这些能耗是有难度的。通常它们并非源代码中显而易见地暴露出来的缺陷，而更多地存在于对硬件使用方式的调整之中。

三、低功耗模式

很多嵌入式应用都把大多数时间花费在等待某些事件发生。如果处理器在空闲时仍然全速运行，电池的寿命将在几乎未作任何事情的情况下被消耗。所以在很多应用中，处理器仅在总计很少的时间里才被激活。通过将处理器在空闲时间里置于低功耗模式，电池的寿命将得到数量级的延长。

一个好的方式是使用RTOS和面向任务的设计。可以定义一个最低优先级，仅当没有任何其他任务需要运行时才会被运行的任务。这个空闲任务将是实现功耗管理的理想场所。在实践中，当空闲任务每次被激活时，都将处理器(或其部份)置于(可能的)多种低功耗模式之一。

CPU频率 理论上，CMOS MCU的功耗可由以下公式得出： P = f x U^2 x k 上式中的f是时钟频率，U是供电电压，k是数。 功耗调试使得开发者能够验证功耗与时钟频率之间的关系。运行在50MHz且几乎不休眠的系统，当运行在100MHz时将在休眠模式下消耗约50%的时间。调试器中的功耗数据使得开发者能够检验所期望的行为，以及当如果存在与时钟频率的非线性关系时，选择功耗最低的工作频率。

以上便是此次小编带来的“功耗”相关内容，通过本文，希望大家对功耗调试技术和低功耗模式具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!