- Zakaj spremeniti frekvenco ure v mikrokrmilnikih?
- Kakšen je učinek izbire več frekvenc na uspešnost?
- Nizko ali visoko frekvenco, katero izbrati?
- Tehnika preklopa frekvence ure
- Izbira načinov upravljanja ure
- Izvajanje programske opreme iz trajnega pomnilnika ali RAM-a
- Uporaba notranjega oscilatorja
- Zaključek
Razvijalci se vedno spoprijemajo z visoko stopnjo funkcionalnosti in zmogljivosti, hkrati pa podaljšajo življenjsko dobo baterije. Tudi pri elektronskih izdelkih je najpomembnejša značilnost poraba baterije. Čas delovanja naprave mora biti čim manjši. Upravljanje porabe energije je zelo pomembno pri prenosnih aplikacijah in aplikacijah na baterije. Razlike v porabi mikroamperov lahko vodijo v mesece ali leta življenjske dobe, kar lahko poveča ali zmanjša priljubljenost in blagovno znamko izdelka na trgu. Povečanje izdelkov zahteva učinkovitejšo optimizacijo uporabe baterij. Dandanes uporabniki zahtevajo daljše varnostno kopiranje baterij s kompaktno velikostjo izdelkov, zato se proizvajalci osredotočajo na manjše velikosti baterij z izjemno dolgo življenjsko dobo baterije, kar je vprašljiva naloga. Ampak,razvijalci so po številnih dejavnikih in kritičnih parametrih, ki vplivajo na življenjsko dobo baterije, prišli do Power Saving Technologies.
Obstaja veliko parametrov, ki vplivajo na porabo baterije, kot so uporabljeni mikrokrmilnik, delovna napetost, poraba toka, temperatura okolice, stanje okolja, uporabljena zunanja oprema, cikli polnjenja in polnjenja itd. Pri trendu pametnih izdelkov, ki prihajajo na trg, je zelo pomembno da se najprej osredotočimo na uporabljeni MCU, da optimiziramo življenjsko dobo baterije. MCU postane kritičen del pri varčevanju z energijo v majhnih izdelkih. Zato je priporočljivo, da najprej začnete z MCU. Zdaj ima MCU različne tehnike varčevanja z energijo. Če želite izvedeti več o zmanjšanju porabe energije v mikrokrmilnikih (MCU), si oglejte prejšnji članek. Ta članek se osredotoča predvsem na enega pomembnih parametrov za zmanjšanje porabe energije v mikrokrmilniku, to je spreminjanje taktana kar je treba biti pozoren pri uporabi MCU za aplikacije z majhno porabo.
Zakaj spremeniti frekvenco ure v mikrokrmilnikih?
Izmed številnih zgoraj omenjenih parametrov ima izbira urne frekvence zelo pomembno vlogo pri varčevanju z energijo. Študija kaže, da lahko napačna izbira delovne frekvence mikrokrmilnikov povzroči znatno odstotno (%) izgubo moči akumulatorja. Da bi se tej izgubi izognili, morajo razvijalci poskrbeti za ustrezno izbiro frekvence za zagon mikrokrmilnika. Zdaj ni treba, da je izbiro frekvence mogoče izvesti na začetku med nastavitvijo mikrokrmilnika, medtem ko jo je mogoče izbrati tudi med programiranjem. Obstaja veliko mikrokrmilnikov, ki prihajajo z izbiro bitov za izbiro želene delovne frekvence. Tudi mikrokrmilnik lahko deluje na več frekvencah, zato lahko razvijalci izberejo ustrezno frekvenco, odvisno od aplikacije.
Kakšen je učinek izbire več frekvenc na uspešnost?
Nobenega dvoma ni, da bo izbira različnih frekvenc vplivala na delovanje mikrokrmilnika. Tako kot pri mikrokrmilniku je zelo dobro znano, da sta frekvenca in zmogljivost sorazmerna. To pomeni, da bo večja frekvenca imela manj časa za izvajanje kode in s tem večjo hitrost izvajanja programa. Torej, zdaj je zelo jasno, da če se spremeni frekvenca, se bo spremenila tudi zmogljivost. Vendar ni nujno, da se morajo razvijalci držati ene frekvence samo zaradi večje učinkovitosti mikrokrmilnika.
Nizko ali visoko frekvenco, katero izbrati?
Ni vedno tako, da mora mikrokrmilnik zagotavljati visoko zmogljivost, obstaja več aplikacij, ki potrebujejo zmerno zmogljivost mikrokrmilnika; v teh vrstah programov lahko razvijalci zmanjšajo delovno frekvenco z GHz na MHz in celo na minimalno frekvenco, potrebno za zaženite mikrokrmilnik. Čeprav je v nekaterih primerih potrebna optimalna zmogljivost in tudi čas izvedbe je ključnega pomena, na primer pri vožnji zunanjih bliskavic ADC brez vmesnega pomnilnika FIFO ali pri obdelavi videa in številnih drugih aplikacijah, lahko razvijalci na teh področjih uporabljajo optimalno frekvenco mikrokrmilnika. Tudi v takem okolju lahko razvijalci pametno kodirajo, da zmanjšajo dolžino kode z izbiro pravih navodil.
Na primer: Če zanka 'for' vzame več navodil in lahko uporabimo več vrstic navodil, ki porabijo manj pomnilnika za izvajanje naloge, ne da bi uporabili zanko for , potem lahko razvijalci uporabijo več vrstic navodil, da se izognejo uporabi zanke 'for' .
Izbira ustrezne frekvence za mikrokrmilnik je odvisna od zahtev naloge. Višja frekvenca pomeni večjo porabo energije, hkrati pa tudi več računske moči. Torej je v bistvu izbira frekvence kompromis med porabo energije in zahtevano računsko močjo.
Tudi glavna prednost dela pri nizkih frekvencah je nizek napajalni tok poleg nižjih RFI (radiofrekvenčne motnje).
Dovodni tok (I) = mirovalni tok (I q) + (K x frekvenca)
Prevladuje drugi izraz. RFI energija mikrokrmilnika je tako majhna, da jo je zelo enostavno filtrirati.
Torej, če aplikacija potrebuje hitro hitrost, ne skrbite, da bo tekla hitro. Če pa je poraba energije zaskrbljujoča, zaženite tako počasi, kot omogoča aplikacija.
Tehnika preklopa frekvence ure
Enota PLL (Phase Lock Loop) vedno obstaja v visoko zmogljivem MCU, ki deluje z visoko hitrostjo. Vhodno frekvenčno PLL prihodov pogostejših primer, od 8 MHz do 32 MHz. Razvijalec lahko sam izbere ustrezno delovno frekvenco za aplikacijo. Nekaterim aplikacijam ni treba delovati z visoko hitrostjo, v tem primeru morajo razvijalci za zagon naloge ohraniti čim nižjo frekvenco ur MCU. V fiksni frekvenčni platformi, kot je nizkocenovni 8-bitni MCU, ki ne vsebuje enote PLL, je treba izboljšati kodo navodil za zmanjšanje procesorske energije. Poleg tega MCU, ki vsebuje enoto PLL, ne more izkoristiti prednosti tehnike preklapljanja frekvence, ki omogoča MCU, da deluje v visoki frekvenci v obdobju obdelave podatkov in se nato vrne v nizkofrekvenčno delovanje za obdobje prenosa podatkov.
Na sliki je razložena uporaba enote PLL v frekvenčni preklopni tehniki.
Izbira načinov upravljanja ure
Nekateri hitri mikrokrmilniki podpirajo različne načine upravljanja ure, kot so način zaustavitve, načini upravljanja porabe (PMM) in način mirovanja. Med temi načini je mogoče preklapljati, kar uporabniku omogoča, da med porabo energije optimizira hitrost naprave.
Izbirni vir ure
Kristalni oscilator je velik porabnik energije katerega koli mikrokrmilnika, zlasti med obratovanjem z majhno močjo. Obročasti oscilator, ki se uporablja za hiter zagon iz načina Stop, lahko med običajnim delovanjem zagotovi tudi približno 3 do 4 MHz frekvence ure. Čeprav je ob vklopu še vedno potreben kristalni oscilator, lahko ko se kristal stabilizira, delovanje naprave preklopite na obročasti oscilator, s čimer prihranite energijo do 25 mA.
Nadzor urne hitrosti
Delovna frekvenca mikrokrmilnika je največji dejavnik pri določanju porabe energije. Družina mikrokrmilnikov High-Speed Microcontroller podpira različne načine upravljanja ure, ki varčujejo z energijo tako, da upočasnijo ali ustavijo notranjo uro. Ti načini omogočajo razvijalcu sistema, da poveča prihranek energije z minimalnim vplivom na zmogljivost.
Izvajanje programske opreme iz trajnega pomnilnika ali RAM-a
Razvijalci morajo pri oceni trenutne porabe skrbno pretehtati, ali se programska oprema izvaja iz nehlapnih pomnilnikov ali RAM-a. Izvajanje iz RAM-a lahko nudi nižje aktivne trenutne specifikacije; vendar veliko aplikacij ni dovolj majhnih za izvajanje samo iz RAM-a in zahteva izvajanje programov iz nehlapnega pomnilnika.
Ure avtobusa so omogočene ali onemogočene
Večina aplikacij mikrokrmilnika med izvajanjem programske opreme zahteva dostop do pomnilnikov in zunanjih naprav. Za to je treba omogočiti ure avtobusa in jih je treba upoštevati v trenutnih trenutnih ocenah.
Uporaba notranjega oscilatorja
Z uporabo notranjih oscilatorjev in izogibanjem zunanjim oscilatorjem lahko prihranite znatno energijo. Ker zunanji oscilatorji porabijo več toka, kar povzroči večjo porabo energije. Prav tako ni trdno vezano, da bi morali uporabiti notranji oscilator, saj je zunanje oscilatorje priporočljivo uporabljati, kadar aplikacije zahtevajo več urne frekvence.
Zaključek
Izdelava izdelka z majhno porabo se začne z izbiro MCU-ja in je zelo težko, če so na trgu na voljo različne možnosti. Sprememba frekvence lahko močno vpliva na porabo energije in tudi dober rezultat porabe energije. Dodatna prednost spreminjanja frekvence je, da stroški strojne opreme niso dodatni in jo je mogoče enostavno namestiti v programsko opremo. Ta tehnika se lahko uporablja za izboljšanje energetske učinkovitosti poceni MCU. Poleg tega je količina prihranka energije odvisna od razlike med delovnimi frekvencami, časom obdelave podatkov in arhitekturo MCU. Pri uporabi frekvenčne preklopne tehnike lahko v primerjavi z običajnim delovanjem dosežemo prihranek energije do 66,9%.
Na koncu je za razvijalce velik izziv izpolnjevanje potreb po večji funkcionalnosti sistema in ciljih glede učinkovitosti, hkrati pa podaljšanje življenjske dobe izdelkov. Za učinkovit razvoj izdelkov, ki zagotavljajo najdaljšo možno življenjsko dobo baterije - ali celo delujejo brez akumulatorja - je potrebno globoko razumevanje sistemskih zahtev in trenutnih specifikacij mikrokrmilnika. To je veliko bolj zapleteno kot samo ocenjevanje, koliko toka porabi MCU, ko je aktiven. Odvisno od aplikacije, ki jo razvijamo, lahko spreminjanje frekvence, tok v pripravljenosti in zunanji tok bistveno bolj vplivajo na življenjsko dobo baterije kot moč MCU.
Ta članek je bil ustvarjen, da razvijalcem pomaga razumeti, kako MCU porabljajo moč glede na frekvenco in jih je mogoče optimizirati s spreminjanjem frekvence.