功耗是我們常關(guān)注的能耗標(biāo)準(zhǔn)之一，低功耗往往能夠帶來更多的能源節(jié)約以及更好的性能。在這篇文章中，小編將從pwm的兩種控制方法談起，進而談?wù)摴恼{(diào)試技術(shù)以及低功耗模式。如果你對功耗方面的知識具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、pwm的兩種控制方法

1. 等脈寬PWM法

VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來實現(xiàn)的，其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓。等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個缺點發(fā)展而來的，是PWM法中最為簡單的一種。它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波，通過改變其周期，達到調(diào)頻的效果。改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。 相對于PAM法，該方法的優(yōu)點是簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。

2. 隨機PWM

在上世紀(jì)70年代開始至上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)時大功率晶體管主要為雙極性達林頓三極管，載波頻率一般不超過5kHz，電機繞組的電磁噪音及諧波造成的振動引起了人們的關(guān)注。為求得改善，隨機PWM方法應(yīng)運而生。其原理是隨機改變開關(guān)頻率使電機電磁噪音近似為限帶白噪聲(在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的)，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強度大大削弱。正因為如此，即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用，對于載波頻率必須限制在較低頻率的場合，隨機PWM仍然有其特殊的價值;另一方面則說明了消除機械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，隨機PWM技術(shù)正是提供了一個分析，解決這種問題的全新思路。

二、功耗調(diào)試技術(shù)

功耗調(diào)試技術(shù)使軟件工程師得以了解嵌入式系統(tǒng)的軟件對系統(tǒng)功耗的影響。通過建立源代碼和功耗之間的聯(lián)系，使得測試和調(diào)整系統(tǒng)功耗成為可能，即所謂功耗調(diào)試。傳統(tǒng)上，降低功耗僅是硬件工程師的設(shè)計目標(biāo);然而在實際運行的系統(tǒng)中，功耗不僅取決于硬件的設(shè)計，而且還與硬件如何被使用有關(guān)，而后者則是由系統(tǒng)軟件來控制的。

功耗調(diào)試技術(shù)基于對功耗進行采樣，并建立每個采樣數(shù)據(jù)與程序的指令序列(以及源代碼)之間的關(guān)聯(lián)。其中的難點之一在于實現(xiàn)高精度的采樣。理想情況下，對功耗的采樣頻率應(yīng)該與系統(tǒng)時鐘相同，但系統(tǒng)中的電容性元件會降低此類測量的可靠性。從軟件工程師的角度來看，更感興趣的是功耗與源代碼以及程序運行期間的各種事件之間的聯(lián)系，而非個別的指令，因此所需的采樣分辨率將大大低于對每個指令進行采樣的頻率。

要提高功耗調(diào)試的精確性，關(guān)鍵在于建立指令跟蹤與功耗采樣之間的良好關(guān)聯(lián)。最佳的關(guān)聯(lián)僅當(dāng)能夠進行完全的指令跟蹤時才能實現(xiàn)，但其缺點在于并非所有芯片都能支持這一功能;即便支持，也通常需要特殊的調(diào)試工具。

要在較低的精確性下達到較好的關(guān)聯(lián)度，可以使用一些現(xiàn)代片上調(diào)試架構(gòu)所支持的PC采樣功能。該功能周期性地對PC進行采樣，并給出每個采樣的時間戳。與此同時，調(diào)試工具使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對芯片的功耗進行采樣。通過比對功耗采樣值和PC采樣值的時間戳，調(diào)試器就能夠在同一根時間軸上顯示功耗數(shù)據(jù)以及中斷紀(jì)錄、變量監(jiān)控等圖形，并且將功耗數(shù)據(jù)與源代碼關(guān)聯(lián)起來。

一般來說，功耗優(yōu)化與速度優(yōu)化是非常相似的。一個任務(wù)運行得越快，低功耗模式持續(xù)的時間就能越長。因此，將處理器的空閑時間最大化可以降低系統(tǒng)的功耗。

想要找出系統(tǒng)中不必要的能耗以及在何處能夠降低這些能耗是有難度的。通常它們并非源代碼中顯而易見地暴露出來的缺陷，而更多地存在于對硬件使用方式的調(diào)整之中。

三、低功耗模式

很多嵌入式應(yīng)用都把大多數(shù)時間花費在等待某些事件發(fā)生。如果處理器在空閑時仍然全速運行，電池的壽命將在幾乎未作任何事情的情況下被消耗。所以在很多應(yīng)用中，處理器僅在總計很少的時間里才被激活。通過將處理器在空閑時間里置于低功耗模式，電池的壽命將得到數(shù)量級的延長。

一個好的方式是使用RTOS和面向任務(wù)的設(shè)計?？梢远x一個最低優(yōu)先級，僅當(dāng)沒有任何其他任務(wù)需要運行時才會被運行的任務(wù)。這個空閑任務(wù)將是實現(xiàn)功耗管理的理想場所。在實踐中，當(dāng)空閑任務(wù)每次被激活時，都將處理器(或其部份)置于(可能的)多種低功耗模式之一。

CPU頻率 理論上，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是時鐘頻率，U是供電電壓，k是數(shù)。 功耗調(diào)試使得開發(fā)者能夠驗證功耗與時鐘頻率之間的關(guān)系。運行在50MHz且?guī)缀醪恍菝叩南到y(tǒng)，當(dāng)運行在100MHz時將在休眠模式下消耗約50%的時間。調(diào)試器中的功耗數(shù)據(jù)使得開發(fā)者能夠檢驗所期望的行為，以及當(dāng)如果存在與時鐘頻率的非線性關(guān)系時，選擇功耗最低的工作頻率。

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