嵌入式應(yīng)用中的能耗調(diào)試

在越來越多的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，節(jié)能和效率已成為開發(fā)人員最優(yōu)先考慮的因素。這種情況可能是出于以下原因：政府管制、增加電池壽命的需求或者僅僅是需要降低用電量。

為順應(yīng)這種趨勢，出現(xiàn)了越來越多的“超低功耗”微控制器。不過，至少到近期為止，還沒有出現(xiàn)能夠與之配套的、為開發(fā)人員提供對系統(tǒng)能耗的詳細監(jiān)控的工具。

擁有低功耗MCU本身并不意味著能耗會更低：關(guān)鍵在于優(yōu)化軟件，不僅僅是功能性方面，而且還要顧及能源效率方面。全面控制MCU周邊的硬件并優(yōu)化軟件和外設(shè)的總體使用率對于降低系統(tǒng)能耗而言是至關(guān)重要的因素。軟件并不總被看作能量的消耗者，但每個時鐘周期都會消耗電能，盡量減少它們，就能降低能耗。

節(jié)能型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)可以看作一種三段循環(huán)：硬件調(diào)試、軟件功能調(diào)試和軟件能耗調(diào)試。

節(jié)能型的軟件開發(fā)
在開發(fā)MCU軟件時，需要考慮的主要問題通常是降低存儲器使用量以及盡可能縮減代碼規(guī)模。為了實現(xiàn)節(jié)能，一種非常常見的方案是使其在盡可能長的時間里處于睡眠模式，但這并不是唯一的節(jié)能方式。高能源效率的MCU通常提供了其他功能，以達到更低的能耗。除了使用這些MCU所提供的睡眠模式之外，高效地使用上述的其他功能才是節(jié)能的真正訣竅。

隨著開發(fā)過程的前移，代碼變得更長，而優(yōu)化能源效率則變成了一項更為復雜的任務(wù)。識別可以用中斷服務(wù)例程代替的非必要等待周期或者外設(shè)誤用等錯誤，都變得越來越困難。如果這些“能源漏洞”沒有在開發(fā)階段被識別并加以解決，那么就幾乎不可能在現(xiàn)場或?qū)嶒炇覝y試中檢測到它們。

要查明系統(tǒng)需要使用多少電能，最常見的方法是在一段特定時間內(nèi)對電流進行采樣，求平均值并外推到更長的時間周期。這種類型的測量可以使用萬用表或示波器來完成，但通常都不可能將結(jié)果與代碼例程關(guān)聯(lián)起來。

另一方面，邏輯分析儀可以用于記錄例程，但通常無法將其關(guān)聯(lián)到能耗。為了估計電池壽命，使用外推獲得的結(jié)果不應(yīng)該與真實使用情況相差太遠，但是，當目標旨在優(yōu)化代碼的能源效率時，這種方法的用處很有限。

一種更富有成效的方法
現(xiàn)在，通過使用以圖形化方式實時顯示能耗信息、并能夠給出任何給定時刻的電流和實際運行代碼之間關(guān)聯(lián)的軟件和硬件工具，就可能顯著地縮短開發(fā)時間并減少工作量。你可以使用電源軌上的電流傳感器來監(jiān)視能耗。

在確定的時間間隔處，就可以對電流進行采樣，完成A/D轉(zhuǎn)換，然后通過USB端口來傳送這一信息——同電壓和計時一起。此外，MCU會發(fā)送程序計數(shù)器（PC）采樣，這樣，就可以在主機計算機上將代碼和電流關(guān)聯(lián)起來。

降低1000倍
高級功率監(jiān)控（AEM）系統(tǒng)就是現(xiàn)有工具的一個例子，它是Energy Micro公司EFM32 Gecko（壁虎）MCU的入門工具箱和開發(fā)工具箱的一部分。與電流消耗量有關(guān)的實時信息將顯示在LCD顯示屏上（如果使用DVK），或者將任何一種工具箱通過USB連接到PC上，然后顯示在該公司的energyAware Profiler上。圖1給出了一種常見的energyAware Profiler顯示。這種工具將以圖形化方式表示出電流與時間的關(guān)系。