18、嵌入式系统低功耗优化与网络架构解析

嵌入式系统低功耗优化与网络架构解析

1. 低功耗优化策略

在嵌入式系统中，低功耗设计至关重要，尤其是对于电池供电或能量收集设备。以下是几种有效的低功耗优化策略。

1.1 长时间闲置期间的深度睡眠模式

在系统设计有非常严格的超低功耗要求，且满足以下条件时，建议使用待机模式：
- 存在可行的唤醒策略，且该策略与当前硬件设计兼容。
- 系统能够在不依赖先前状态的情况下恢复执行，因为待机时RAM和CPU寄存器的内容会丢失，系统在唤醒时会从复位服务程序重新启动。

通常，在较长的闲置期间，例如可以使用实时时钟（RTC）来设置唤醒警报的情况，更适合使用待机模式。像在一天中按预设间隔读取传感器数据、启动执行器，以及跟踪时间和一些状态变量等场景都适用。

而在大多数其他情况下，停止模式仍然可以实现足够的节能，并且具有更短的唤醒间隔。停止模式的另一个主要优点是唤醒策略选项更加灵活，任何基于中断或可配置的事件都可以用于将系统从低功耗深度睡眠模式中唤醒，因此它更适合与微控制器周围的外设和接口仍存在一些异步交互的状态。

1.2 选择时钟速度

如今微控制器的处理性能已经可与20年前的个人计算机相媲美，但嵌入式应用并不总是需要CPU以全频率运行。特别是在访问外设而不是进行大量数值计算时，CPU和总线的时钟速度并不重要。当CPU性能不是执行管道的瓶颈时，每次将所选频率降低，正常运行模式和睡眠模式都将消耗更少的能量。

许多微控制器设计为可以降低CPU和内部总线的工作频率，这通常也允许系统以较低的电压供电。虽然可以在运行时更改时钟以实现不同的性能/功耗折衷，但这意味着所有使用时钟作为参考的设