【導讀】關于低功耗嵌入式的設計，之前介紹過創(chuàng)建低功耗系統(tǒng)的設計考量，本文主要講述低功耗嵌入式系統(tǒng)設計的設計實例及低功耗系統(tǒng)性能之間的權衡。在本文中將提供一般設計考量的設計實例。
低功耗應用
1. 超低功耗遠程應用 — 這類系統(tǒng)的要求包括能夠在一天的大部分時間里保持睡眠狀態(tài)。該系統(tǒng)需要在用戶輸入時喚醒，執(zhí)行某些任務（比如發(fā)送一些命令）后，再進入睡眠狀態(tài)。最大限度縮短所用時間可最大限度延長電池使用壽命。
2. 心率監(jiān)視器 — 這類系統(tǒng)的要求包括能夠定期自動喚醒CPU。時間間隔取決于該設備的工作狀態(tài)，比如是否連接至人體。如果綁縛在人體上，它將以較短時間間隔讀取心率。如果沒有，它將在較長時間間隔內(nèi)喚醒，檢查是否綁縛到人體上，是否需要改變其工作狀態(tài)。
3. 無線傳感系統(tǒng) — 這類系統(tǒng)的要求包括能夠持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境并發(fā)送數(shù)據(jù)到中央系統(tǒng)以進一步處理和分析數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)應該能夠在傳感器與中央系統(tǒng)互動和通信期間最大限度降低電源損耗。
4. 機械按鈕替換（MBR）— MBR可用于采用電容式觸摸按鈕替換機械按鈕。該系統(tǒng)必須每隔50~100ms對觸摸按鈕進行一次采樣，然后進入睡眠模式以節(jié)省電源。
低功耗與性能的權衡
大多數(shù)低功耗系統(tǒng)都可節(jié)省電源。正如本系列文章第1部分所討論的那樣，我們可通過讓系統(tǒng)在較低時鐘速率下運行來降低動態(tài)功耗。但這種變化會降低系統(tǒng)響應輸入的能力。對于一些應用而言，這一時間間隔有時會造成危險。
為彌補這一時間間隔，應先確定它可以接受多長的響應延時，然后再設置系統(tǒng)時鐘，以確保實際時延不高于所需值。這樣可以以功耗為代價，改善系統(tǒng)響應性。
低功耗嵌入式系統(tǒng)設計的實例
在本節(jié)中，我們將討論如何使用賽普拉斯提供的PSoC流程及其低功耗模式設計低功耗雙工通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本功能是遙控其它設備。本實例將演示低功耗鈕扣電池供電（使用PSoC 4構建）的發(fā)送器以及低功耗低成本2.4GHz收發(fā)器。
無線發(fā)送器不僅可使用鈕扣電池工作，而且還可觸發(fā)接收器的電源狀態(tài)（鎖定/打開）。在按下開關頭兩秒鐘時，它會顯示電流狀態(tài)，然后在2秒鐘超時之后用反狀態(tài)發(fā)送回顯信息給接收器。如果接收器發(fā)回確認信號，隨后它就會更新閃存（用作EEPROM）中的狀態(tài)。
這里開發(fā)的系統(tǒng)功耗很低，系統(tǒng)工作時間只受電池儲存壽命限制，與系統(tǒng)功耗無關。下面我們將介紹該系統(tǒng)發(fā)送器部分的設計
發(fā)送器：
該模塊發(fā)送鎖定狀態(tài)至接收端，等待響應，以使用新狀態(tài)更新閃存。
在整個系統(tǒng)未使用時，它會保持在“關斷”狀態(tài)。當用戶按下發(fā)送器上的開關時，整個系統(tǒng)的電源就會打開。系統(tǒng)初始化后，PSoC 4會讀取自己的閃存行，獲得當前的鎖定狀態(tài)，然后用該鎖定狀態(tài)更新該段LCD。接下來2秒鐘后，CPU會配置看門狗定時器，喚醒系統(tǒng)，然后再進入深度睡眠低功耗模式。
2秒鐘的深度睡眠時間可用來為最終用戶提供兩種特性：
1. 濾除用戶誤按按鈕操作。
如果用戶在系統(tǒng)喚醒前釋放開關（2秒鐘），系統(tǒng)會在不改變當前狀態(tài)的情況下返回低功耗模式。這種延遲可用作一種特性，允許用戶在不觸發(fā)狀態(tài)的情況下檢查當前狀態(tài)。為此，用戶可以短暫地按下開關，在屏幕上出現(xiàn)之前狀態(tài)后將其釋放。
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低功耗嵌入式系統(tǒng)的設計考量：設計實例及功耗性能權衡
圖1
賽普拉斯提供經(jīng)預先測試、生產(chǎn)就緒的易用型應用編程接口（API）來簡化對PSoC的編程。但在調(diào)用API時，需要多個時鐘周期在協(xié)議棧中存儲當前狀態(tài)，隨后執(zhí)行API，最后再退出API。如果要降低功耗，每一個時鐘轉換都得考慮。要減少時鐘轉換數(shù)量，需要直接寫入寄存器，而不是調(diào)用API來完成。此外，賽普拉斯還可為您提供簡單易使的宏命令，以完成寄存器寫入。
在該代碼中，沒有使用隨PSoC創(chuàng)建器提供的“SPI_SpiUartWriteTxData”，直接更新SCB FIFO發(fā)送數(shù)據(jù)。在加載具有所需值的FIFO后，調(diào)用“WFI”裝配函數(shù)使PSoC 4進入睡眠模式。當SPI發(fā)送完FIFO中存儲的全部數(shù)據(jù)后，它可生成一個中斷來喚醒PSoC 4，并重復這個過程。
與LCD顯示屏相似，PSoC創(chuàng)建器提供用于簡化編程的API。要優(yōu)化系統(tǒng)實現(xiàn)低功耗，這些API可采用所需的寄存器寫入代替。使用這些寄存器寫入可減少系統(tǒng)周期數(shù)，從而可降低功耗：
CY_SET_REG32(CYREG_LCD_DATA02, 0x10000000)；
CY_SET_REG32(CYREG_LCD_DATA03, 0x10000011)；
電池使用壽命：
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