【经验】如何降低一体式远程可燃气体报警器MCU的动态功耗？

时间： 2019-07-16 来源：世强作者：John

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可燃气体报警器也称气体泄露检测报警仪器，是一种可对单一或多种可燃气体浓度响应的探测器。由于近年生产安全事故频发，人们对生产、生活的安全重视度越来越高，可燃气体报警器的应用也越来越广泛。

可燃气体报警器采用的是电池供电，一般使用寿命需保证长达到10年及以上，所以在设计产品时如何选择低功耗的器件并设计出低功耗的产品是非常重要的。之前我有写一篇《如何降低一体式远程可燃气体报警器MCU的静态功耗》的文章，本文就继续为大家介绍，在设计产品的过程中如何降低MCU的动态功耗。

首先，我们还是要回顾一下可燃气体报警器的结构框图，它主要由数据采集单元、处理运算单元、执行单元、通信单元和电源管理单元组成。其中处理运算单元指的就是微控制器，这个是产品的核心部件，对产品的性能起到决定性的作用。

图：可燃气体报警器结构框图

在软件设计的过程中，第一步也是非常重要的一步，就是选择合格的时钟。EFM32系列的微控制器有多种时钟可供选择，如下表：

EFM32的时钟分为高频域和低频域两种，通常选择HFRCO或HFXO作为所有高频外设时钟源，而选择LFRCO或LFXO作为低频外设时钟源。只有LFRCO，LFXO和ULFRCO可以在EM2及更低功耗模式下可用。

在选择外部时钟时要尽可能地选择满足应用的最低时钟，其它子系统与外设可以由这个时钟分频获得时钟。但要注意，使用预分频功能也会额外增加一些功耗。还有就是要充分使用时钟门控功能，对于不使用的外设要及时关闭外设的时钟。当使用的外设的时钟是来自于低频时钟时，CMU_HFCORECLKEN0寄存器中的LE位一定要设置为1，这样才可以降低功耗。

除了时钟以外，我们还可以通过以下的一些处理优化系统运行时的功耗。

1）提高编译器的优化级别

更高级的优化可以产生更节能的代码，至于是执行速度优化还是代码大小优化，用户要依据实际的需要决定。

2）充分利用芯片的指令缓存功能

EFM32系列芯片内集成有指令缓存功能，可以缓存最新的512字节的指令，这个功能默认是使能的。在程序中如果有循环和重新调用的程序，可以使用指令缓存功能，缓存区指令的访问只需要一个系统时钟，比访问FLASH的指令快很多，可以节省系统的功耗。但如果程序是线性执行，则不能打开指令缓存功能，这样反而会增加系统的功耗。

3）使用中断替换循环等待

循环等待时MCU要不停的读取指令并判断条件是否满足，这会增加系统的功耗。而用中断来替换循环等待时CPU可以处于休眠状态，当条件满足时会唤醒MCU，这样处理可以节省功耗。

4）充分利用中断的事件唤醒功能

如果处理的中断事件比较少，可以使用waiting-for-event处理中断，这样可以节省进入中断的周期，节省功耗。

5）充分利用DMA

使用DMA可以释放CPU，让CPU处于休眠状态，同时DMA的处理速度要远快于CPU处理数据的速度，可以节省数据存储的时间，也同样会节省系统的功耗。

6）使用EFM32的外设反射系统

使用外设反射系统可以在CPU休眠的情况下在外设之间通讯。比较使用定时器定时触发ADC的转换，这可以显著的节省系统的功耗。

7）优化EMLIB库

虽然EMLIB库可以节省工程师开发软件的时间，便于程序的移植，但EMLIB库中的函数在实现功能时有较多的额外代码，所以如果为了实现程序执行的更快、代码更小、功耗更低，使用者可以从EMLIB库函数中提取出必要的指令而不是直接调用EMLIB库，这样可以实现更低的功耗。

最后一点就是在程序的执行过程中灵活的选用EFM32的功耗模式，这样也可以实现MCU在工作时的动态功耗最低。

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