精確的測量是優化能源效率的第一步，同時將盡可能多的數據處理轉移到專用硬件模塊可以大大減少電量消耗。這一次，我將研究如何在聯網的智能設備中優化能源效率，第一步就是精確的測量。

要準確測量能耗，需要比簡單的安培計更有能力的設備。因為安培計在電流不斷變化的情況下無法顯示準確的測量數字。

功率分析儀價格昂貴，但也有替代方案

如果您有一個積分時間很長的萬用表，那么就可以做到在不斷變化的電流下顯示正確的結果，但積分時間必須長于您要測量的多個周期。最好的選擇仍然是專門為進行這種測量而設計的功率分析儀。大型實驗室儀器供應商通常會有一個高分辨率、高精度的分析儀，但它們相當昂貴，高達1萬美元。

許多低功耗MCU供應商已經提供了低成本的解決方案，允許開發人員在開發階段使用。這些設備無法提供與實驗室工具相同的精度，但可以將誤差百分比降到個位數，這足以準確地得出合理的能耗和電池續航估計數據。

專用硬件模塊

優化CPU使用的能耗是提高系統能效的關鍵一步。現代CPU非常靈活，通過編程，您可以讓它做任何您想做的事情，但即使是最高效的CPU架構也無法像專用硬件模塊那樣高效。 嵌入式系統的一個常見情況是需要執行各種小型任務，其他時間只是等待。如果您使用CPU來處理這個問題，那么您有兩個基本的選擇。一種方式是讓CPU任務之間循環等待；另一種方式是休眠，只有在需要時才喚醒執行。

由于CPU通常是系統中最耗電的設備之一，第一個選項將消耗大量的電量，而沒有做什么有用的事情。在等待時降低時鐘速度將改善這一點，但這將降低工作時的效率，因為CPU在全速運行時通常效率最高。使用第二種方法將導致CPU周期性啟停，這通常是一種更好的方法，但每次必須從低功耗狀態再次喚醒CPU時，仍然會損失一些電量和時間。

如果能夠在專用硬件上完成所有較小的控制操作，并且只有在有數據需要處理時才喚醒CPU，這將極大地提高功效。

找到合適的平衡點

在使用專用的不靈活但高能效的硬件和更靈活但低能效的CPU之間進行選擇非常重要。在更現代的MCU正通過增加硬件加速功能來改善功耗。

Nordic nRF系列芯片使用DMA進行所有數據傳輸，并有一個稱為PPI的硬件控制系統在硬件模塊之間發送控制信號。與無線電模塊一起使用，你可以在運行藍牙連接時，讓CPU在大部分時間處于低功耗模式。

而沒有硬件加速功能的系統，其CPU通常會一直運行以控制無線電模塊，從而導致能耗增加。這也意味著，由于相同的作業需要更多的時間，峰值功耗較低的系統可能會有更高的總體能耗。

硬件加速功能可以優化CPU的效率，而不是妥協于在高速運行的同時允許慢操作。您可以允許CPU被喚醒，盡可能快速有效地進行計算，然后回到低功耗模式。

新型基準測試：幫助您在復雜因素影響下進行功耗評估

專用硬件以及CPU調度策略都會影響功耗的評估，這種復雜性的增加催生了新型的基準測試（Benchmarking）。例如，EEMBC 是一個基準測試領域的行業聯盟，他們原本多年來一直也在領導著Coremark Benchmark，也就是大家常說的 CPU (中央處理器)性能基準測試。Coremark被廣泛用于測試CPU性能，但它只測試性能。

最近，EEMBC(嵌入式微處理器基準測試聯盟)公布了更多與功耗相關的基準。ULPMark Core profile的目標是低功耗應用，這些應用會在運行時穿插低功耗模式。這一基準測試正通過ULPMark-PeripheralProfile進行擴展，外設將被用來模擬一個更完整的系統。還有一個IoTMark基準測試正在進行中，其中將添加無線連接來模擬終端節點。

由于僅僅讀取數據表中的mA數字不再那么準確，這些基準測試能夠更方便地在低功耗設備上進行同類比較。雖然這樣的基準測試是有用的，但基準測試解決方案越接近您的實際應用它們的價值將越高。

一句忠告

最后總結，由于數字設備中的各種低功耗優化設計的存在，單純使用數據表中標注的電流mA值來評估功耗已經變得越來越困難。如果有人告訴您可以這樣做，那就要小心了！您可能會發現，要么設備沒有優化到應有的程度，要么您沒有被告知完整的故事。

審核編輯 黃宇