低功耗嵌入式系统的设计考量：一般设计考量

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在我们的生活中，充满着数量不断增长的微型电池供电设备及系统。这些嵌入式系统必须长期使用相同的电源供电，才能降低反复出现的维护成本或避免最终用户频繁更换电源。

本文将介绍设计低功耗系统的各种考量及其利弊权衡。及早规划可以在优化系统实现低功耗的同时，减少对返工和/或代码重新编写的需求。这些考量包括：

1. 应用层面的低功耗设计；

2. 了解功耗与性能之间的利弊权衡；

3. 使用可优化功耗的软硬件技巧。

嵌入式应用中的功耗因素

任何给定系统中的功耗都可分为两大类：

i. 静态功耗：静态功耗指器件在未运行代码、等待特定事件触发系统唤醒至工作模式时所消耗的电源。静态功耗的主要来源包括系统中流过的漏电流、模拟偏差、不能关闭的模块以及运行RTC、看门狗定时器和中断控制器等独立代码的模块。该电流与器件的工作电压成正比。工作电压越高，漏电流就越大；

ii. 动态功耗：系统处于工作状态，CPU执行程序代码时所消耗的电源称为动态功耗。系统的动态电流取决于工作频率、电压以及有关总线与电路设计的寄生电容。计算方法为：

P = V2 * f * C

V为电压、f为工作频率、C为输出端的寄生电容

静态与动态功耗的图形表达：

对于任何给定的晶体管，其静态功耗在给定电源电压下基本上是恒定的。静态功耗源于漏电流（CMOS电路）或偏置电流（工作模拟电路），主要取决于系统类型。

晶体管中的动态功耗发生在电压转换过程中。在这些转换过程中，CMOS对会进入某个状态，在该状态下CMOS对的器件均部分开启，充当电阻器，从而可形成一种分压器电路。这种虚拟分压器电路消耗的电源要比所定义逻辑电平下的漏电流高很多。这就是为什么动态功耗与电路中的开关频率成正比的原因所在。因此在定义低功耗嵌入式系统时，它是最根本的注意事项之一，即要尽量减少系统的开关事件。

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