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嵌入式开发:估算电池寿命的7个技巧

更新时间: 2022-06-28 09:41:57来源: 粤嵌教育浏览量:1202

  在我们现代的移动社会中,对电子设备的最大抱怨之一是它们的电池没有预期的那么长,人类必须在某种程度上沉迷于我们始终保持连接和以一种或另一种形式传输数据的能力。移动设备使用的增加不仅导致芯片制造商被迫重新考虑他们如何设计微控制器,甚至还导致嵌入式系统设计师如何构建系统,即使是拥有最新技术和技术的嵌入式开发人员也很难确保他们有足够的电池来以预期的时间间隔运行他们的产品。可以遵循七个技巧来帮助确保估计准确的电池寿命。

  技巧1–传统电池预算分析

  工程师估算电池的第一步,通常也是最后一步,是创建传统的电池预算。这种类型的分析通常包括创建一个电子表格,其中列出了系统中的每个组件。然后,工程师检查每个组件,确定最小、典型和最大电流消耗并记录下来。有了这些信息,工程师现在可以开始估计系统在每个消耗箱中的时间百分比。例如,微控制器可能只有5%的时间处于运行模式,25%的时间处于低功耗停止模式,70%的时间处于深度睡眠模式。

  


  以这种方式分析每个元件后,将结果相加,系统现在就有了最小、典型和最大电流消耗数据,可以用来确定电池的大小。大多数此类分析的部分问题是,这些数字或多或少是根据经验确定的。换句话说,它们完全是猜测。工程师尽其所能进行猜测,但通常会有一定程度的不安,因为可能会有意外的漏电流,对微控制器实际功耗的错误估计,以及许多其他因素。

  技巧2–软件RMA

  作为软件架构设计和分析的一部分,应对软件执行单调速率分析(RMA)。这种分析不仅会识别软件将要执行的不同任务,还会给出每个任务将运行多长时间以及所涉及的不同外设的相对概念。从这些信息中,可以记录微控制器的不同任务和行为的简单列表,以改进传统的电池预算猜测(估计猜测)。请注意,RMA还会让嵌入式开发人员感到放心,所有任务都会以确定的方式完成,不会错过截止日期。


  

  技巧3–芯片供应商工具

  微控制器是能耗方面最模糊的领域之一。关于这些小家伙将如何消耗能量,有太多的变量。对大多数供应商数据表的审查将提供基于温度、电压、外设设置、海拔、风速、开发者的星座等的大范围的能量消耗。总有一个问题是,这些数字是从哪里以及如何获得的,它们是否准确。

  即使只是挥挥手,芯片厂商也开始向开发者提供一些新工具,这些工具将极大地改善电池预算的估算方式。

  技巧4–台式实验

  正如任何工程师都喜欢建模和评估工具一样,在那些假设在工作台上被测试和证明之前,总是存在一种紧张感。这就是为什么必须在设计周期的早期测试开发套件和原型部件的真实行为!它不需要是一个干净整洁的测试,但至少应该能够测试关于软件、微控制器功耗和系统上其他组件的基本假设。

  基准测试的一个好处是,它是证明低功耗设计方向正确的一种快速且廉价的方法。如果数据手册中有错误,假设中有疏忽等等,那么从工作台获取的数据可以用来改进模型。最终结果是离证明预期的设计实际上是有效的又近了一步。

  技巧5–电池寿命周期分析

  创建模型、基准测试和模拟系统的能耗对于确定嵌入式系统的电池寿命有很大帮助。然而,就电池本身而言,还是有一些不同的陷阱。第一个问题与可充电电池有关,即每次充电/放电循环都会降低电池的总容量。这种容量降低的结果是,设备在首次制造时可能具有九个小时的电池寿命,但是六个月后可能仅持续六个小时。这是嵌入式开发人员在进行电池容量估计时需要考虑的一个因素。

  应该记住的第二个因素是嵌入式系统的峰值电流消耗。任何电池的额定工作电流都是一定的毫安小时数,但当电池部分放电时,峰值电流可能会导致电池电压下降或低于欠压。其结果是,在电池真正释放完所有能量之前,嵌入式系统就已经死了。

  技巧6——编译器供应商工具

  一旦电池寿命分析达到基准测试阶段,有一些非常令人兴奋的编译器相关工具可用于验证系统假设。这些工具能够监控系统在200 kHz频率下使用了多少能量!更好的是,它们允许系统的电流消耗和正在执行的代码相关联!

  


  有了这样的工具,开发人员就可以查看配置文件,确定哪些任务或功能从电池中消耗的能量最多,并在这些方面进行低功耗优化!甚至有工具选项可以记录在哪些函数中花费了多少执行时间,这样开发者就可以确定哪个函数或任务占用了CPU!

  技巧7——获得第二意见

  尤其是当一个开发周期或产品发布处于危险之中或对一个公司的生存至关重要时,得到第二双眼睛的分析作用很大。无论是同事还是第三方,让另一个工程师审查评估和数据将会产生嵌入式开发人员可能没有想到的信息和想法,它极大地帮助确保没有任何事情勉强通过,并且当产品发布日临近时,工程师和团队确信系统不会提前耗尽能量。

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