許多要求嵌入式系統(tǒng)的客戶要求產(chǎn)品以最低的功耗提供高性能。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該采取什么步驟來實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的良好電源管理，同時(shí)確保它們滿足或超過客戶的需求和期望？

 

創(chuàng)建設(shè)備架構(gòu)

最佳實(shí)踐是在構(gòu)建設(shè)備架構(gòu)時(shí)將硬件和軟件分開。這種抽象促進(jìn)了獨(dú)立的測試和開發(fā)。創(chuàng)建設(shè)備架構(gòu)也需要人們在接口定義上花費(fèi)時(shí)間。它涉及軟件模塊如何與硬件組件通信。

 

設(shè)備架構(gòu)還將包括硬件限制，如處理能力和內(nèi)存。設(shè)計(jì)人員可以利用這部分流程來設(shè)定嵌入式系統(tǒng)的電源管理目標(biāo)，并決定如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。STEM設(shè)計(jì)過程的早期步驟是了解限制和資源。這些信息指導(dǎo)了未來的選擇。

 

完整的設(shè)備架構(gòu)還必須識(shí)別信息類型，并包括嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。數(shù)據(jù)源是輸入點(diǎn)，而數(shù)據(jù)接收器與信息輸出相關(guān)。標(biāo)記這些區(qū)域?qū)⒂兄?/span>你和你的團(tuán)隊(duì)成員做出更好的處理和存儲(chǔ)決策。

 

在制定設(shè)備架構(gòu)時(shí)解決系統(tǒng)分解問題需要人們將事情分解成可管理的子系統(tǒng)，指定每個(gè)子系統(tǒng)的角色和適用的接口。人們還必須處理界面和組件設(shè)計(jì)，包括確定系統(tǒng)的協(xié)議和通信機(jī)制。

其中一個(gè)主要目的是說明子系統(tǒng)和組件如何交互。然后，設(shè)計(jì)人員可以確保在保持性能目標(biāo)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

一旦人們創(chuàng)建了全面的設(shè)備架構(gòu)，他們就可以理解某些選擇會(huì)如何影響特定的系統(tǒng)部件或操作。看到這種相互依存關(guān)系有助于設(shè)計(jì)人員做出最佳決策，在優(yōu)化性能的同時(shí)節(jié)省功耗。

 

做出節(jié)能編程和操作系統(tǒng)決策

人們應(yīng)該知道編程和功耗之間的關(guān)系，因?yàn)樗麄兝^續(xù)選擇優(yōu)先考慮嵌入式系統(tǒng)中的電源管理。創(chuàng)建一個(gè)框圖來顯示平均功耗和使用的最小能量是一個(gè)很好的起點(diǎn)。這些信息可以顯示設(shè)計(jì)的哪些部分需要進(jìn)一步改進(jìn)，以及為系統(tǒng)選擇的電池是否足以保持可靠的性能。

 

在保持性能的同時(shí)降低功耗的一些編程選擇是保持電路板的工作電壓盡可能低，以及選擇符合節(jié)能目標(biāo)的集成電路。

另一種可能性是設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使電源控制機(jī)制在不用時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)。與此相關(guān)的是，對(duì)液晶顯示器、傳感器和其他組件進(jìn)行同樣的處理將會(huì)抑制不必要的功耗。即使是看起來很小的變化，例如只有當(dāng)有人與設(shè)備交互時(shí)，板載led才會(huì)亮起，隨著時(shí)間的推移，也可以節(jié)省大量能源。

 

操作系統(tǒng)還可以在保持低功耗的同時(shí)保持良好的性能。一些操作系統(tǒng)通過策略編程執(zhí)行主動(dòng)電源管理。在其他情況下，操作系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地將CPU的時(shí)鐘調(diào)整到較低的頻率，從而降低功耗。類似地，操作系統(tǒng)可能具有自動(dòng)激活或通過手動(dòng)提示激活的低功耗模式。

 

選擇基本功能

任何設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的人都必須仔細(xì)選擇合適的材料。例如，玻璃環(huán)氧樹脂是一種用于電子元件產(chǎn)品的流行材料，因?yàn)槠潆娊^緣性能使其性能良好。這種材料還可以承受高達(dá)284華氏度的高溫，使其成為高要求應(yīng)用的良好選擇。

在決定哪些系統(tǒng)特性是必要的，哪些是最好的，哪些是不必要的時(shí)，人們必須有類似的戰(zhàn)略眼光。每個(gè)產(chǎn)品的答案都不同。然而，一些必要的考慮將有助于塑造特性開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。它們包括：

l 客戶的需求或要求

l 系統(tǒng)的典型操作條件

l 如果系統(tǒng)必須給出實(shí)時(shí)反饋

l 估計(jì)制造成本

l 內(nèi)存和存儲(chǔ)管理決策

l 無論系統(tǒng)是特定于領(lǐng)域還是特定于任務(wù)的

 

如果你正在為特定客戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并遇到了阻礙，請?jiān)敿?xì)討論為什么某些功能會(huì)導(dǎo)致更多的能源使用，而不一定會(huì)帶來更好的性能。

 

測試以驗(yàn)證預(yù)期的電源管理和性能

對(duì)性能和功耗需求的評(píng)估也延伸到了測試。創(chuàng)建功耗曲線來測量不同狀態(tài)下的功耗，可以顯示嵌入式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)了最佳性能還是仍需改進(jìn)。

 

一些專家注意到一種新趨勢，即設(shè)計(jì)師在整個(gè)開發(fā)過程中創(chuàng)建功率配置文件，而不是忽略它們或?qū)⑴渲梦募鳛樽詈蟛襟E之一。

 

所有的測試都應(yīng)該盡可能模擬真實(shí)的生活條件。這是檢驗(yàn)嵌入式系統(tǒng)中的電源管理能否為客戶提供始終如一的出色性能、提供他們所要求和期望的可靠性的最佳方式。

計(jì)劃你的測試時(shí)間表，以包括嵌入式和軟件測試。第二種類型只涉及軟件，而前者包含了系統(tǒng)的所有方面。

對(duì)新興技術(shù)保持開放

工程師和其他設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員也必須對(duì)新興技術(shù)持開放態(tài)度，比如機(jī)器學(xué)習(xí)。在一個(gè)案例中，研究人員開發(fā)了一種適用于嵌入式系統(tǒng)的算法，可以減少?zèng)Q策模糊性，并可以提高能效。機(jī)器學(xué)習(xí)方法能夠微調(diào)系統(tǒng)的電壓和頻率，從而顯著降低功耗。

 

一些設(shè)計(jì)師還發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生在他們的過程中很有用，尤其是在比大多數(shù)更復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中改善電源管理時(shí)。在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)施這些選項(xiàng)之前，數(shù)字孿生環(huán)境允許研究不同的電源管理決策如何影響性能。

 

要明白一些更新的技術(shù)不會(huì)以預(yù)期的方式增強(qiáng)你的設(shè)計(jì)過程。然而，你仍然可以通過使用它們來獲得有價(jià)值的見解，找出哪些技術(shù)工作良好，哪些技術(shù)在對(duì)你的團(tuán)隊(duì)有益之前需要進(jìn)一步開發(fā)。

 

你可以在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更好的電源管理

這些建議為你提供了關(guān)注嵌入式系統(tǒng)電源管理的實(shí)用方法，同時(shí)確保產(chǎn)品始終提供高性能。與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的其他人分享它們是讓每個(gè)人朝著同一個(gè)目標(biāo)一起工作的好方法。