Како се модификује фреквенција такта како би се смањила потрошња енергије микроконтролера

Програмери увек имају изазов да пруже висок ниво функционалности и перформанси, истовремено повећавајући животни век батерије. Такође када је реч о електронским производима, најважнија карактеристика је потрошња батерије. Требало би да буде што је могуће мање повећати време рада уређаја. Управљање напајањем је веома важно у преносним апликацијама које раде на батерије. Разлике у потрошњи микроампера могу довести до месеци или година радног века, што може повећати или смањити популарност и бренд производа на тржишту. Повећање производа захтева ефикаснију оптимизацију употребе батерија. У данашње време корисници захтевају дуже резервне копије батерије са компактном величином производа, тако да се произвођачи фокусирају на мање батерије са изузетно дугим веком трајања батерије, што је дискутабилан задатак. Али,програмери су осмислили Повер Савинг Тецхнологиес након што су прошли кроз многе факторе и критичне параметре који утичу на трајање батерије.

Много је параметара који утичу на употребу батерије, попут кориштеног микроконтролера, радног напона, потрошње струје, температуре околине, стања околине, кориштене периферне опреме, циклуса пуњења и пуњења итд. Са трендом паметних производа који долазе на тржиште, веома је важно да се прво фокусирамо на МЦУ који се користи, да бисмо оптимизовали животни век батерије. МЦУ постаје критични део када је у питању уштеда енергије у малим производима. Стога се препоручује да прво започнете са МЦУ. Сада МЦУ долази са различитим техникама уштеде енергије. Да бисте сазнали више о минимизирању потрошње енергије у микроконтролерима (МЦУ), погледајте претходни чланак. Овај чланак се углавном фокусира на један од важних параметара за смањење потрошње енергије у микроконтролеру, а то је модификација тактне фреквенцијео чему треба водити рачуна када се МЦУ користи за апликације мале снаге.

Зашто мењати фреквенцију такта у микроконтролерима?

Од многих горе поменутих параметара, избор тактне фреквенције игра веома важну улогу у уштеди енергије. Студија показује да погрешан одабир радне фреквенције микроконтролера може довести до значајног процентуалног (%) губитка снаге батерије. Да би избегли овај губитак, програмери морају да се побрину за одговарајући избор фреквенције за покретање микроконтролера. Сада није неопходно да се одабир фреквенције може извршити у почетку приликом подешавања микроконтролера, док се такође може бирати између програмирања. Постоји много микроконтролера који долазе са избором битова за одабир жељене радне фреквенције. Такође, микроконтролер може радити на више фреквенција, тако да програмери имају могућност да одаберу одговарајућу фреквенцију у зависности од апликације.

Какав је ефекат одабира више фреквенција на перформансе?

Нема сумње да ће одабир различитих фреквенција утицати на перформансе микроконтролера. Као и у погледу микроконтролера, врло је добро познато да су фреквенција и перформансе пропорционалне. То значи да ће већа фреквенција имати мање времена извршавања кода, а тиме и већу брзину извршавања програма. Дакле, сада је врло јасно да ће се, ако се фреквенција промени, променити и перформансе. Али није неопходно да програмери морају да се држе на једној фреквенцији само ради већих перформанси микроконтролера.

Ниску или високу фреквенцију, коју одабрати?

Није увек случај када микроконтролер мора да пружа високе перформансе, постоји неколико апликација којима су потребне умерене перформансе микроконтролера, у овој врсти апликација програмери могу да смање радну фреквенцију са ГХз на МХз, па чак и на минималну фреквенцију потребну за покрените микроконтролер. Иако су у неким случајевима потребне оптималне перформансе, а такође је и време извршења пресудно, на пример при вожњи екстерних флеш АДЦ-ова без ФИФО бафера или у обради видео записа и многим другим апликацијама, програмери у овим областима могу да користе оптималну фреквенцију микроконтролера. Чак и користећи овакву средину, програмери могу паметно да кодирају како би смањили дужину кода одабиром правих упутстава.

На пример: Ако 'фор' петља узима више упутстава и може се користити неколико редова упутстава која користи мање меморије за извршавање задатка без употребе фор петље, тада програмери могу да користе неколико редова упутстава, избегавајући употребу петље 'фор' .

Избор одговарајуће фреквенције за микроконтролер зависи од захтева задатка. Већа фреквенција значи већу потрошњу енергије, али и већу рачунску снагу. Дакле, избор фреквенције је у основи компромис између потрошње енергије и потребне рачунске снаге.

Такође је главна предност рада на ниским фреквенцијама ниска струја напајања поред нижег РФИ (радио фреквенцијске сметње).

Струја напајања (И) = Струја мировања (И _к) + (К к фреквенција)

Преовлађује други термин. РФИ енергија микроконтролера је толико мала да га је врло лако филтрирати.

Дакле, ако је апликацији потребна брза брзина, не брините о брзом раду. Али ако је забринутост потрошња енергије, радите спорије колико апликација дозвољава.

Техника пребацивања фреквенције такта

ПЛЛ (Пхасе Лоцк Лооп) јединица увек постоји у МЦУ-у високих перформанси који ради великом брзином. ПЛЛ јача Улазна фреквенција ка вишим фреквенцијама нпр од 8 МХз до 32 МХз. Програмер има могућност да одабере одговарајућу радну фреквенцију за апликацију. Неке апликације не морају да се извршавају великом брзином, у том случају програмери морају да држе фреквенцију такта МЦУ што је могуће ниже за покретање задатка. Међутим, у платформи са фиксном фреквенцијом, као што је јефтини 8-битни МЦУ који не садржи ПЛЛ јединицу, мора се побољшати код упутстава како би се смањила енергија обраде. Такође, МЦУ који садржи ПЛЛ јединицу не може да искористи благодати технике пребацивања фреквенције која омогућава МЦУ да ради на високим фреквенцијама у периоду обраде података, а затим да се врати на нискофреквентни рад за период преноса података.

На слици је објашњена употреба ПЛЛ јединице у техници пребацивања фреквенције.

Избор начина рада за управљање сатом

Неки од брзих микроконтролера подржавају различите начине управљања сатом као што су Стоп начин, Начини управљања напајањем (ПММ) и Неактивни режим. Могуће је пребацивати се између ових режима омогућавајући кориснику да оптимизује брзину уређаја док троши енергију.

Избор извора сата

Кристални осцилатор је велики потрошач енергије на било ком микроконтролеру, посебно током рада мале снаге. Прстенасти осцилатор, који се користи за брзо покретање из зауставног режима, такође се може користити за обезбеђивање отприлике 3 до 4 МХз тактног извора током нормалног рада. Иако је кристални осцилатор и даље потребан при укључивању, након што се кристал стабилизује, рад уређаја може се пребацити на прстенасти осцилатор, остварујући уштеду енергије од чак 25 мА.

Контрола брзине сата

Радна фреквенција микроконтролера је највећи фактор у одређивању потрошње енергије. Породица микроконтролера велике брзине микроконтролера подржава различите режиме управљања брзином такта који штеде енергију успоравањем или заустављањем унутрашњег сата. Ови режими омогућавају програмеру система да максимизира уштеду енергије уз минималан утицај на перформансе.

Извршење софтвера из трајне меморије или РАМ-а

Програмери морају пажљиво размотрити да ли се софтвер извршава из нестабилних меморија или РАМ-а при процени тренутне потрошње. Извршење из РАМ-а може понудити ниже активне спецификације струје; међутим, многе апликације нису довољно мале да би се могле извршавати само из РАМ-а и захтевају извршавање програма из трајне меморије.

Омогућени или онемогућени аутобусни сатови

Већина апликација микроконтролера захтева приступ меморијама и периферним уређајима током извршавања софтвера. Ово захтева омогућавање сатова сабирнице и то треба узети у обзир у активним тренутним проценама.

Коришћење унутрашњег осцилатора

Коришћење унутрашњих осцилатора и избегавање спољних осцилатора могу уштедети значајну енергију. Како спољни осцилатори привлаче више струје, што резултира већом потрошњом енергије. Такође није чврсто везано да треба користити унутрашњи осцилатор, јер се спољни осцилатори саветују када се апликацијама захтева већа тактна фреквенција.

Закључак

Израда производа мале снаге започиње избором МЦУ-а и знатно је тешко када су на тржишту доступне различите опције. Модификација фреквенције може имати велики утицај на потрошњу енергије и такође дати добре резултате потрошње енергије. Додатна предност модификације фреквенције је у томе што нема додатних трошкова хардвера и он се лако може применити у софтвер. Ова техника се може користити за побољшање енергетске ефикасности јефтиног МЦУ-а. Штавише, количина уштеде енергије зависи од разлике између радних фреквенција, времена обраде података и архитектуре МЦУ-а. Уштеда енергије до 66,9% може се постићи коришћењем технике пребацивања фреквенције у поређењу са нормалним радом.

На крају, за програмере је задовољавање потреба за повећаном функционалношћу система и циљевима перформанси, уз истовремено продужавање трајања батерије производа, значајан изазов. Да би се ефикасно развили производи који пружају најдужи могући век трајања батерије - или чак раде без икакве батерије - потребно је дубоко разумевање како системских захтева, тако и тренутних спецификација микроконтролера. Ово је много сложеније од једноставне процене колико струје троши МЦУ када је активан. У зависности од апликације која се развија, модификација фреквенције, струја у стању приправности, периферна струја могу имати значајнији утицај на трајање батерије од снаге МЦУ-а.

Овај чланак је створен да помогне програмерима да разумеју како МЦУ-ови троше енергију у смислу фреквенције и могу се оптимизовати модификовањем фреквенције.