మైక్రోకంట్రోలర్లలో విద్యుత్ వినియోగాన్ని తగ్గించడం

బైక్‌లు, ట్రక్కులు మరియు కార్లు (అవును, టెస్లాస్‌ను మినహాయించి!) తరలించడానికి గ్యాస్ (పెట్రోల్ / డీజిల్) ముఖ్యం అయినట్లే, చాలా ఎలక్ట్రానిక్స్ అనువర్తనాలకు విద్యుత్ శక్తి ఉంటుంది మరియు అంతకంటే ఎక్కువ, సాధారణంగా బ్యాటరీ అయిన ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్ ఆధారిత అనువర్తనాల కోసం (పరిమిత శక్తి) శక్తితో, సాధారణ మొబైల్ ఫోన్‌ల నుండి స్మార్ట్ హోమ్ పరికరాల వరకు.

బ్యాటరీ శక్తి యొక్క పరిమిత స్వభావం ఈ పరికరాల విద్యుత్ వినియోగం రేటును స్వీకరించడానికి మరియు వాడకాన్ని ప్రోత్సహించడానికి సహేతుకంగా ఉండాలని నిర్ధారించాల్సిన అవసరాన్ని సూచిస్తుంది. ముఖ్యంగా IoT ఆధారిత పరికరాలతో, బ్యాటరీ పున without స్థాపన లేకుండా ఒకే ఛార్జ్‌లో పరికరం 8 - 10 సంవత్సరాల వరకు ఉంటుందని expected హించవచ్చు.

ఈ పోకడలు ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్స్ రూపకల్పనలో తక్కువ శక్తి పరిశీలనలను అమలు చేశాయి మరియు సంవత్సరాలుగా, డిజైనర్లు, ఇంజనీర్లు మరియు తయారీదారులు అనేక దశలలో ఉత్పత్తులు వినియోగించే శక్తిని సమర్థవంతంగా నిర్వహించడానికి అనేక తెలివైన మార్గాలను అభివృద్ధి చేశారు, అవి ఎక్కువ కాలం ఉండేలా చూసుకోవాలి. ఒకే ఛార్జ్. ఈ పద్ధతులు చాలా మైక్రోకంట్రోలర్‌పై దృష్టి పెడతాయి, ఇది చాలా పరికరాల గుండె. నేటి వ్యాసంలో, మేము ఈ పద్ధతుల్లో కొన్నింటిని మరియు మైక్రోకంట్రోలర్లలో విద్యుత్ వినియోగాన్ని తగ్గించడానికి వాటిని ఎలా ఉపయోగించాలో అన్వేషిస్తాము. మైక్రోప్రాసెసర్ తక్కువ శక్తిని వినియోగించినప్పటికీ, దానిని ప్రతిచోటా మైక్రోకంట్రోలర్‌లో ఉంచడానికి ఉపయోగించవచ్చు, మైక్రోప్రాసెసర్ మైక్రోకంట్రోలర్‌కు భిన్నంగా ఎలా ఉందో తెలుసుకోవడానికి లింక్‌ను అనుసరించండి.

మైక్రోకంట్రోలర్ల కోసం విద్యుత్ పొదుపు పద్ధతులు

1. స్లీప్ మోడ్లు

స్లీప్ మోడ్‌లు (సాధారణంగా తక్కువ పవర్ మోడ్‌లుగా సూచిస్తారు) మైక్రోకంట్రోలర్‌లలో విద్యుత్ వినియోగాన్ని తగ్గించడానికి అత్యంత ప్రాచుర్యం పొందిన టెక్నిక్. అవి సాధారణంగా మైక్రోకంట్రోలర్ల యొక్క కొన్ని పెరిఫెరల్స్ ను నడిపించే కొన్ని సర్క్యూట్ లేదా గడియారాలను నిలిపివేయడం కలిగి ఉంటాయి.

ఆర్కిటెక్చర్ మరియు తయారీదారుని బట్టి, మైక్రోకంట్రోలర్‌లు సాధారణంగా వివిధ రకాలైన స్లీప్ మోడ్‌లను కలిగి ఉంటాయి, ప్రతి మోడ్‌లో ఇతర అంతర్గత సర్క్యూట్రీ లేదా పెరిఫెరల్‌ను ఇతర వాటితో పోలిస్తే డిసేబుల్ చేసే సామర్థ్యం ఉంటుంది. స్లీప్ మోడ్‌లు సాధారణంగా గా deep నిద్ర లేదా ఆఫ్, నిష్క్రియ మరియు డజ్ మోడ్‌ల వరకు ఉంటాయి.

అందుబాటులో ఉన్న కొన్ని మోడ్‌లు క్రింద వివరించబడ్డాయి. ఈ మోడ్‌ల యొక్క లక్షణాలు మరియు పేరు తయారీదారు నుండి తయారీదారు వరకు మారవచ్చని గమనించాలి.

i. నిష్క్రియ / స్లీప్ మోడ్

డిజైనర్లు అమలు చేయడానికి తక్కువ శక్తి మోడ్‌లలో ఇది సాధారణంగా సరళమైనది. ఈ మోడ్ మైక్రోకంట్రోలర్ చాలా వేగంగా పూర్తి ఆపరేషన్‌కు తిరిగి రావడానికి అనుమతిస్తుంది. అందువల్ల ఇది ఉత్తమ మోడ్ కాదు, పరికరం యొక్క శక్తి చక్రం, మైక్రోకంట్రోలర్ స్లీప్ మోడ్ నుండి నిష్క్రమించినప్పుడు, పెద్ద మొత్తంలో శక్తిని గీసినట్లుగా, స్లీప్ మోడ్‌ను చాలా తరచుగా వదిలివేయడం అవసరం. స్టాండ్బై మోడ్ నుండి యాక్టివ్ మోడ్కు తిరిగి రావడం సాధారణంగా అంతరాయం ఆధారంగా ఉంటుంది. MCU ప్రాధమిక హై-ఫ్రీక్వెన్సీ గడియారం నడుస్తున్నప్పుడు CPU సర్క్యూట్‌ని నడిపించే క్లాక్ ట్రీని ఆపివేయడం ద్వారా ఈ మోడ్ మైక్రోకంట్రోలర్‌పై అమలు చేయబడుతుంది. దీనితో, మేల్కొలుపు ట్రిగ్గర్ సక్రియం అయిన వెంటనే CPU కార్యకలాపాలను తిరిగి ప్రారంభించగలదు. మైక్రోకంట్రోలర్‌ల కోసం తక్కువ పవర్ మోడ్‌లలో సిగ్నల్‌లను కత్తిరించడానికి క్లాక్ గేటింగ్ విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది మరియు ఈ మోడ్ CPU అంతటా గడియార సంకేతాలను సమర్థవంతంగా గేట్ చేస్తుంది.

ii. స్టాండ్బై మోడ్

స్టాండ్బై మోడ్ మరొక తక్కువ పవర్ మోడ్, డిజైనర్లకు అమలు చేయడం సులభం. ఇది నిష్క్రియ / స్లీప్ మోడ్‌కు చాలా పోలి ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఇది CPU అంతటా క్లాక్ గేటింగ్ వాడకాన్ని కలిగి ఉంటుంది, అయితే ఒక ప్రధాన వ్యత్యాసం ఏమిటంటే ఇది రామ్ యొక్క కంటెంట్‌లో మార్పును అనుమతిస్తుంది, ఇది సాధారణంగా నిష్క్రియ / స్లీప్ మోడ్‌లో ఉండదు. స్టాండ్‌బై మోడ్‌లో, హై-స్పీడ్ పెరిఫెరల్స్ DMA (డైరెక్ట్ మెమరీ యాక్సెస్), సీరియల్ పోర్ట్స్, ADC మరియు AES పెరిఫెరల్స్ CPU మేల్కొన్న వెంటనే అవి అందుబాటులో ఉన్నాయని నిర్ధారించడానికి నడుస్తూ ఉంటాయి. కొన్ని MCU ల కోసం, RAM కూడా చురుకుగా ఉంచబడుతుంది మరియు CPU జోక్యం లేకుండా డేటాను నిల్వ చేయడానికి మరియు స్వీకరించడానికి DMA ద్వారా ప్రాప్యత చేయవచ్చు. ఈ మోడ్‌లో డ్రా అయిన శక్తి తక్కువ పవర్ మైక్రోకంట్రోలర్‌లకు 50uA / MHZ వరకు ఉంటుంది.

iii. డీప్ స్లీప్ మోడ్

డీప్ స్లీప్ మోడ్, సాధారణంగా మైక్రోకంట్రోలర్‌లోని అధిక పౌన frequency పున్య గడియారాలు మరియు ఇతర సర్క్యూటరీలను నిలిపివేయడం అనేది వాచ్‌డాగ్ టైమర్, బ్రౌన్ అవుట్ డిటెక్షన్ మరియు రీసెట్ సర్క్యూట్రీపై శక్తి వంటి క్లిష్టమైన అంశాలను నడపడానికి ఉపయోగించే క్లాక్ సర్క్యూట్రీని మాత్రమే వదిలివేస్తుంది. మొత్తం సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి ఇతర MCU లు దీనికి ఇతర అంశాలను జోడించవచ్చు. ఈ మోడ్‌లోని విద్యుత్ వినియోగం నిర్దిష్ట MCU ని బట్టి 1uA వరకు తక్కువగా ఉంటుంది.

iv. ఆపు / ఆఫ్ మోడ్

కొన్ని మైక్రోకంట్రోలర్లు ఈ అదనపు మోడ్ యొక్క విభిన్న వైవిధ్యాలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ మోడ్‌లో, అధిక మరియు తక్కువ ఓసిలేటర్లు సాధారణంగా కొన్ని కాన్ఫిగరేషన్ రిజిస్టర్‌లు మరియు ఇతర క్లిష్టమైన అంశాలను మాత్రమే వదిలివేస్తాయి.

పైన పేర్కొన్న అన్ని స్లీప్ మోడ్‌ల యొక్క లక్షణాలు MCU నుండి MCU కి భిన్నంగా ఉంటాయి, అయితే సాధారణ నియమం; లోతైన నిద్ర, నిద్రలో ఎక్కువ పెరిఫెరల్స్ నిలిపివేయబడతాయి మరియు వినియోగించే శక్తి తక్కువ, అయినప్పటికీ, ఇది సాధారణంగా కూడా అర్థం; వ్యవస్థను తిరిగి పొందడానికి అధిక శక్తి వినియోగించబడుతుంది. సిస్టమ్ యొక్క స్పెసిఫికేషన్‌ను ప్రభావితం చేసే రాజీలు చేయకుండా ఈ వైవిధ్యాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం మరియు పని కోసం సరైన MCU ని ఎంచుకోవడం డిజైనర్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది.

2. ప్రాసెసర్ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క డైనమిక్ సవరణ

మైక్రోకంట్రోలర్ వినియోగించే శక్తిని సమర్ధవంతంగా తగ్గించడానికి ఇది విస్తృతంగా ప్రాచుర్యం పొందిన మరొక సాంకేతికత. ఇది చాలా పురాతనమైన టెక్నిక్ మరియు స్లీప్ మోడ్‌ల కంటే కొంచెం క్లిష్టంగా ఉంటుంది. ప్రాసెసర్ గడియారాన్ని డైనమిక్‌గా డ్రైవింగ్ చేసే ఫర్మ్‌వేర్ ఇందులో ఉంటుంది, ప్రాసెసర్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వినియోగించే శక్తి మొత్తం మధ్య సంబంధం సరళంగా ఉంటుంది (క్రింద చూపిన విధంగా).

ఈ సాంకేతికత అమలు సాధారణంగా ఈ నమూనాను అనుసరిస్తుంది; సిస్టమ్ నిష్క్రియ స్థితిలో ఉన్నప్పుడు, ఫర్మ్‌వేర్ గడియారపు ఫ్రీక్వెన్సీని తక్కువ వేగంతో సెట్ చేస్తుంది, ఇది పరికరానికి కొంత శక్తిని ఆదా చేస్తుంది మరియు సిస్టమ్ భారీ గణనలను చేయవలసి వచ్చినప్పుడు, గడియార వేగం తిరిగి తీసుకురాబడుతుంది.

ప్రాసెసర్ ఫ్రీక్వెన్సీని సవరించడానికి ప్రతికూల ఉత్పాదక దృశ్యాలు ఉన్నాయి, ఇది సాధారణంగా బాగా అభివృద్ధి చెందిన ఫర్మ్‌వేర్ ఫలితంగా ఉంటుంది. సిస్టమ్ భారీ గణనలను చేస్తున్నప్పుడు గడియార పౌన frequency పున్యాన్ని తక్కువగా ఉంచినప్పుడు ఇటువంటి దృశ్యాలు తలెత్తుతాయి. ఈ దృష్టాంతంలో తక్కువ పౌన frequency పున్యం అంటే, సెట్ పనిని నిర్వహించడానికి సిస్టమ్ అవసరమైన దానికంటే ఎక్కువ సమయం పడుతుంది మరియు అందువల్ల డిజైనర్లు ఆదా చేయడానికి ప్రయత్నిస్తున్న అదే మొత్తాన్ని అధికంగా వినియోగిస్తారు. అందువల్ల, ఈ పద్ధతిని సమయ క్లిష్టమైన అనువర్తనాల్లో అమలు చేసేటప్పుడు అదనపు జాగ్రత్త తీసుకోవాలి.

3. హ్యాండ్లర్ ఫర్మ్‌వేర్ నిర్మాణానికి అంతరాయం కలిగించండి

మైక్రోకంట్రోలర్లలో విద్యుత్ నిర్వహణ యొక్క అత్యంత తీవ్రమైన పద్ధతులలో ఇది ఒకటి. SCR రిజిస్టర్‌లో స్లీప్-ఆన్-ఎగ్జిట్ బిట్ ఉన్న ARM కార్టెక్స్- M కోర్ల వంటి కొన్ని మైక్రోకంట్రోలర్‌ల ద్వారా ఇది సాధ్యపడుతుంది. ఈ బిట్ మైక్రోకంట్రోలర్‌కు అంతరాయ దినచర్యను అమలు చేసిన తర్వాత నిద్రపోయే సామర్థ్యాన్ని అందిస్తుంది. ఈ పద్ధతిలో సజావుగా నడుస్తున్న అనువర్తనాల సంఖ్యకు పరిమితి ఉన్నప్పటికీ, ఫీల్డ్ సెన్సార్లు మరియు ఇతర, దీర్ఘకాలిక, డేటా సేకరణ ఆధారిత అనువర్తనాలకు ఇది చాలా ఉపయోగకరమైన టెక్నిక్ కావచ్చు.

చాలా నా సొంత అభిప్రాయం ఇతర పద్ధతులు ఇప్పటికే పైన పేర్కొన్న వాటిని వైవిధ్యాలు ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, సెలెక్టివ్ పెరిఫెరల్ క్లాకింగ్ టెక్నిక్ తప్పనిసరిగా స్లీప్ మోడ్‌ల యొక్క వైవిధ్యం, దీనిలో డిజైనర్ పెరిఫెరల్స్ ఆన్ లేదా ఆఫ్ చేయడానికి ఎంచుకుంటాడు. ఈ సాంకేతికతకు లక్ష్య మైక్రోకంట్రోలర్ గురించి లోతైన జ్ఞానం అవసరం మరియు చాలా బిగినర్స్ ఫ్రెండ్లీ కాకపోవచ్చు.

4. పవర్ ఆప్టిమైజ్డ్ ఫర్మ్వేర్

మైక్రోకంట్రోలర్ వినియోగించే శక్తిని తగ్గించే ఉత్తమ మార్గాలలో ఒకటి సమర్థవంతమైన మరియు బాగా ఆప్టిమైజ్ చేసిన ఫర్మ్‌వేర్ రాయడం. ఇది సమయానికి CPU చేత చేయబడిన పనిని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు ఇది పొడిగింపు ద్వారా మైక్రోకంట్రోలర్ వినియోగించే శక్తికి దోహదం చేస్తుంది. ప్రతి అనవసరమైన సూచన అమలు చేయబడినట్లుగా తగ్గిన కోడ్ పరిమాణం మరియు చక్రాలను నిర్ధారించడానికి ఫర్మ్‌వేర్ రాసేటప్పుడు ప్రయత్నాలు చేయాలి, ఇది బ్యాటరీలో నిల్వ చేయబడిన శక్తిలో ఒక భాగం వృధా అవుతుంది. ఆప్టిమైజ్ చేసిన ఫర్మ్‌వేర్ అభివృద్ధి కోసం కొన్ని సాధారణ సి ఆధారిత చిట్కాలు క్రింద ఉన్నాయి;

1. శక్తిని వినియోగించే శ్రేణులు, నిర్మాణాలు మొదలైన వాటి యొక్క రన్‌టైమ్ కాపీని నిరోధించడానికి వీలైనంతవరకు “స్టాటిక్ కాన్స్ట్” క్లాస్‌ని ఉపయోగించండి.
2. పాయింటర్లను ఉపయోగించండి. ప్రారంభకులకు అర్థం చేసుకోవడానికి అవి సి భాషలో చాలా కష్టమైన భాగం కాని నిర్మాణాలు మరియు యూనియన్లను సమర్థవంతంగా యాక్సెస్ చేయడానికి అవి ఉత్తమమైనవి.
3. మాడ్యులో మానుకోండి!
4. గ్లోబల్ వేరియబుల్స్ పై స్థానిక వేరియబుల్స్ సాధ్యమైన చోట. స్థానిక వేరియబుల్స్ CPU లో ఉంటాయి, గ్లోబల్ వేరియబుల్స్ RAM లో నిల్వ చేయబడతాయి, CPU లోకల్ వేరియబుల్స్ ను వేగంగా యాక్సెస్ చేస్తుంది.
5. సంతకం చేయని డేటా రకాలు సాధ్యమైన చోట మీ బెస్ట్ ఫ్రెండ్.
6. సాధ్యమైన చోట ఉచ్చుల కోసం “కౌంట్‌డౌన్” ను అనుసరించండి.
7. సంతకం చేయని పూర్ణాంకాల కోసం బిట్ ఫీల్డ్‌లకు బదులుగా, బిట్ మాస్క్‌లను ఉపయోగించండి.

మైక్రోకంట్రోలర్ వినియోగించే శక్తిని తగ్గించే విధానాలు పైన పేర్కొన్న సాఫ్ట్‌వేర్ ఆధారిత విధానాలకు పరిమితం కాదు , కోర్ వోల్టేజ్ కంట్రోల్ టెక్నిక్ వంటి హార్డ్‌వేర్ ఆధారిత విధానాలు ఉన్నాయి, కానీ ఈ పోస్ట్ యొక్క పొడవును సహేతుకమైన పరిధిలో ఉంచడానికి, మేము సేవ్ చేస్తాము వాటిని మరొక రోజు.

ముగింపు

తక్కువ విద్యుత్ ఉత్పత్తిని అమలు చేయడం మైక్రోకంట్రోలర్ ఎంపిక నుండి మొదలవుతుంది మరియు మీరు మార్కెట్లో లభించే విభిన్న ఎంపికలను అధిగమించడానికి ప్రయత్నించినప్పుడు ఇది చాలా గందరగోళంగా ఉంటుంది. స్కాన్ చేస్తున్నప్పుడు, డేటాషీట్ MCU ల యొక్క సాధారణ పనితీరును పొందడానికి బాగా పని చేస్తుంది, కానీ పవర్ క్లిష్టమైన అనువర్తనాల కోసం, ఇది చాలా ఖరీదైన విధానం. మైక్రోకంట్రోలర్ యొక్క నిజమైన శక్తి లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవడానికి, డెవలపర్లు ఎలక్ట్రికల్ స్పెసిఫికేషన్లను మరియు మైక్రోకంట్రోలర్‌కు అందుబాటులో ఉన్న తక్కువ శక్తి కార్యాచరణలను పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి. డిజైనర్లు MCU యొక్క డేటాషీట్ ద్వారా ప్రచారం చేయబడిన ప్రతి పవర్ మోడ్ల ద్వారా ప్రస్తుత వినియోగం గురించి మాత్రమే ఆందోళన చెందకూడదు, వారు మేల్కొనే సమయం, మేల్కొలుపు మూలాలు మరియు పెరిఫెరల్స్ గురించి పరిశీలించాలి. అవి తక్కువ శక్తి మోడ్‌ల సమయంలో ఉపయోగం కోసం అందుబాటులో ఉన్నాయి.

తక్కువ విద్యుత్ అమలు కోసం మీకు ఉన్న ఎంపికలను నిర్ధారించడానికి మీరు ఉపయోగించాలనుకుంటున్న మైక్రోకంట్రోలర్ యొక్క లక్షణాలను తనిఖీ చేయడం చాలా ముఖ్యం. మైక్రోకంట్రోలర్లు టెక్నాలజీ పురోగతి యొక్క అతిపెద్ద లబ్ధిదారులలో ఒకరు మరియు ఇప్పుడు మీ శక్తి బడ్జెట్‌లో ఉండటానికి మీకు సహాయపడే వనరులు ఉన్నాయని నిర్ధారించే అనేక అల్ట్రా-తక్కువ-శక్తి మైక్రోకంట్రోలర్‌లు ఉన్నాయి. వాటిలో చాలా ప్రభావవంతమైన రూపకల్పన కోసం మీరు ప్రయోజనం పొందగల అనేక శక్తి విశ్లేషణ సాఫ్ట్‌వేర్ సాధనాలను కూడా అందిస్తాయి. టెక్సాస్ ఇన్స్ట్రుమెంట్ నుండి మైక్రోకంట్రోలర్ల యొక్క MSP430 లైన్ వ్యక్తిగత ఇష్టమైనది.