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RT-Thread功耗调优项目实战 - 认识功耗

发布于 2022-01-30 11:24:43 浏览：1188 订阅该版

[tocm]

[RT-Thread功耗调优项目实战 - 认识功耗](https://club.rt-thread.org/ask/article/3371.html)

[基础：RT-Thread PM管理基础概念 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/2282.html)

[进阶：RT-Thread PM管理知识进阶 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/2296.html)

[上手：功耗管理与调优经验分享 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/2707.html)

[应用：PM组件应用与经验分享 系列](https://club.rt-thread.org/ask/article/292.html)

## 前言
- 之前根据实际项目的功耗管理抽空写了几篇功耗管理相关的文章，但感觉还没有讲透功耗是个什么，怎么按步骤进行管理
- 直观的感受，如手机充满用了一天，发现电量低于50%，晚上要接着充电吧，否则第二天电量估计不足，这个50%、充满100%是个什么概念？
- 引入实际的项目并讲解功耗管理（功耗调优）为大势所趋
- 一言以蔽之，前面的文章只是理论与基础，质量不太高
- 有了前面的文章的理论与基础，相信在电源管理、功耗调优方面会有一点方向感

## 实践与实战
- 假如项目使用一个低功耗的MCU，通过查看MCU的手册，如STM32L系列，直观上会认为让STM32L475本身进入低功耗模式，实现电源模式切换，功耗管理就完成了
- 但是没想到，实际中功耗管理起来相当的复杂，并且管理的是硬件与业务，不仅仅是MCU本身的功耗。
- 大型的团队里，与功耗相关的小组有：硬件部、测试部、BSP（驱动部）、OS（系统部）、UI（应用部）、BMS（电池管理）、项目部、策划部（产品定义），等等。
- 大型项目中的功耗管理不再是：**自扫门前雪**，由于牵涉的部门与成员很多，管理起来很麻烦。
- 功耗管理不仅是需要熟悉PM框架（软件）的使用，还需要各种电源仪器仪表（直流电源、万用表），不仅需要懂MCU的电源管理，还要懂各个片外外设，要熟悉硬件（不只是了解），还有熟悉软件
- 功耗管理一般是个**冷板凳**的活，很少有公司专门投入较大的人力与时间去研究去管理，干好了没什么可说的，干不好的话，呵呵。

## 理论结合实战
- 需要用数据与事实来讲解，这里使用STM32L475-Pandora 开发板，讲解一下功耗相关的数据
- 工具：电源分析仪一台，或者可以使用Power Monitor等，用途为：**供电**、**电源分析**，在这里，电源分析是重要的。
- PC端使用电源分析仪带的电源分析工具，图形化查看功耗数据（电压、时间、电流）
- 打仗，需要了解打的是谁，功耗管理也是一样，管的是什么？做到什么程度才算好。
- 开发板：STM32L475-Pandora，其他电路板也可以
- 万用表：测量电压，测量某路的电流
- 另外根据情况配置电烙铁、杜邦线、开发板下载工具、USB转串口工具等

## 接线
- 这里有点**讲究**：要了解或熟悉硬件，否则接错了很可能把板子烧掉，或者测量的不准确（不是主电源），严重影响下一步的电源分析与管理。
- 为了防止烧掉板子需要了解板子的**电压供电范围**，通过电路板的原理图，可以查找电源的【主入口】
- 如STM32L475-Pandora开发板，电源入口是两个USB座，5V的电源来自USB VBUS，有5V的扩展排针，可以作为整板供电，但接线时需要注意电压要正确，为5V，电源的正负极接对。
- 假如你接的位置不正确，如接的是3.3V，或测量功耗时还接着USB线供电，测量的数据会千差万别，用来测量功耗，会带来很多烦恼。
- 使用外部电源分析仪供电时，不要再使用USB供电，这样电源分析仪测量的即为**整机电流**。
- 说到整机电流，就是这个板子的所有电流，全部由一个电源入口进入。
- 在测量整机功耗时，如果板子使用电池，需要先取下电池，引出电池的正、负极两根电源线，使用外部的电源作为**假电池**供电，注意使用颜色区分电源的正负极，防止接反损坏电路板。

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## 功耗测量
- 功耗数据一般由：供电电压、供电电流、持续时间组成，分为**瞬时功耗**、**平均功耗**。
- 瞬时功耗一般为当前实时（短时间）的平均功耗
- 平均功耗一般只一段较长时间的功耗，如10S内、10min内，1小时或1天内的平均功耗
- 功耗的单位：毫安（mA）、微安（uA）、毫安时（mAh）等，为何不包括电压？因为电压变化不大（尤其是使用电池场景），某些场景下，有电压，但是没有电流，不产生功耗。

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- 开发板默认功耗：一个LED的功耗
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## 小疑问
- 项目给的功耗目标是待机 100uA，这里 50mA，功耗算不算合格？
> 100uA 是 0.1mA， 跟50mA比，当然是50mA大了，所以功耗不合格

- 项目给的电池 100mAh，我用 50mA的放电电流，可以放电多久？一天？
> 放电时间：`电量 / 放电电流 = 使用时间`，这里：100mAh / 50mA = 2h，只能放电 2小时，注意一般的电池，实际可以使用的电量不可能100%，普通锂电池的有效电量为：85%~95%，所以实际使用2个小时都达不到。

- 100mAh 与 100mA的区别是什么？
> mAh是电量，mA是电流。如100mA放电，100mAh可以放电1h，如用10mA放电，不考虑电池自放电与实际有效容量的情况下，理论上就可以放电10h

- 手机刚买回来，能用续航两天，一年之后，却用不了一天？
> 这是电池的特性，越用越不耐用，反复充电影响电池的寿命与容量（容量越来越小）

## 小结
- 电源（功耗）管理需要懂的东西，不只是PM框架或MCU本身，要去了解更多的东西
- 当前的开发板50mA的电流都干什么了，我代码里只有一个LED闪灯啊。
> 接下来讲解：如何降低这个功耗，这也是功耗调优的意义所在：降低功耗，提高续航
- LED关了确实降低了功耗，可是电流还是有50mA左右，怎么达成uA级的目标？
> 接下来讲解：功耗拆拆解，找到功耗大头
- 假如我的业务就是LED闪烁，你直接给我关了，我不干事情了？不关闭，能否降低整机功耗？
> 接下来讲解：什么是间歇性工作，如何在完成工作的同时降低功耗
- 各个疑难如何排查？如何成为功耗管理专业人士？敬请期待...