基于RT-Thread功耗调优实战经验分享-上手篇

1万 · 2021-7-1 20:37

前言

最近已经参与到某低功耗产品的功耗调优，操作系统内核使用的是RT-Thread
项目没有直接使用RT-Thread功耗管理PM框架，而是根据RT-Thread PM框架稍作改造了一套管理框架。
自己是功耗调优管理的成员之一

如何进行功耗管理

明白了工作内容是【功耗调优】，就开启了【功耗管理】。
本次功耗管理，依旧是【持久战】，前期定位是【辅助】，要保护【C位：功能、性能】很好的【发育】。

1万 · 2021-7-1 20:38

第一步：【环境搭建】

首先安排好调试的软、硬件环境，准备好功耗相关的工具，如USB-Hub、USB线、杜邦线、各种程序下载Link，USB转串口、硬件Demo板、程控电源、万用表、电烙铁、焊锡丝、风枪，等等。
要到硬件Demob板的正确的原理图、PCB板的位号图，PDF格式的即可，因为前期硬件开发【改版】频繁，注意原理图纸与实际硬件Demo板的一致。
这个项目在硬件设计之初，已经为功耗测量留下很多的接口，前期有【大开发板】，引出了功耗控制、电源控制等接口，有丰富的测试点，便于功耗的测量、分析、拆解、控制。
大板中的【0欧姆】电阻，一般用于断开各路的电源，用于拆解单路电流
大板中电源部分串接的小电阻，如【100mR、10mR】，通过测量电阻的分压，可以获取这路的供电电流。
测量仪器最好是高精度的程控电源，高精度的万用表，对分析电路功耗组成、获取正确的测量数据、加快功耗的拆解与测量，有很大的帮助。
搞功耗，离不开【装备】【经验】【耐心】

第二步【功耗拆解】

搭环境：产品开发之初，硬件不断的迭代，如果你入项目的时间不是立项之初，你要熟悉更多的东西，上几个版本的【坑】或【雷】，都要了解起来。
一般是大体简单的看两遍硬件原理图，对照实际的硬件板子，熟悉下基本的硬件架构组成。
根据现有的项目工程，根据MCU或主MCU，依照原理图，搭建一个自己的RT-Thread最小系统，包含基础的驱动，如LCD、Touch、USB等。如ST系列，可以使用HAL，轻松的配置引脚、各路电源的开关。专用于功耗的分析与调优，功耗的数据【对比】等。
【问】搭建功耗调优【小系统】的意义？

【答】功耗调优前期，可以两条腿走路。

一条腿是项目【主线】版本的功耗分析，一条腿是自己的【功耗专用】版本功耗分析。一般的开发项目的工程代码，参与人员很多，每天的代码提交过快，工程大，依赖项很多，可以用于功耗的摸底与验证，一般一天同步【一次】，或早晚同步【两次】即可。
为了达到快速的【敏捷】开发与调试，自己的【功耗专用】版本，快速的【迭代】，验证，方便【下载与调试】，达到【对比】与【快速开发】的目的。
要一直不断熟悉整个项目，熟悉各个硬件驱动，如果一下子给你一个不太成熟的【大系统】，你分析问题的时候，就要兼顾【程序BUG】【硬件问题】两个方向，不利于排查问题的所在。一个【小系统】，可以快速【定位】，当【硬件迭代】后，依旧可以快速的适配。
【小系统】可以快速方便的进行【引脚控制】、电源控制，方便编译、下载、调试，灵活的增删驱动。

1万 · 2021-7-1 20:39

功耗拆解方法

-【问】如何拆解？使用烙铁与风枪？

【答】：先看原理图，把每一路的电源控制起来，做成一个个MSH shell串口命令，用过验证引脚的配置、电源的控制是否正确。如果有测试点，测量电阻，就不用直接硬件拆解，只需要测量电阻，通过压差，估算出电流。目的是初步了解整个系统的耗电情况，区分功耗的多与少

-【问】MCU一直工作，如何测量功耗
【答】：开启RT-Thread PM框架，初步适配两个电源模式，DEEPSleep、Standby模式。即可方便的停下MCU，专注测量各路与各个模块的功耗。

进入Standby模式，用于验证硬件是否有漏电、电源不受控制的问题。使用RT-Thread PM2.0框架，只需要两个串口命令
pm_request 4
pm_release 0
进入深睡眠Deepsleep模式，测量待机功耗，只需要一条命令： pm_release 0
注意整机电流与分路电流的关系。电流就像河流，分为【输入】与【输出】，一般【输入】为一条，如电池。【输出】会多个分支，因为大的项目，有几组不同的供电电压，所以有多个【输出电源分支】。理论上，【总输入】 = 【总输出】。
如果整系统包含多个子系统，即除了主MCU外，还有其他的功能模块，如BT/BLE。在其他模块驱动或功能不完善的情况下，让其他的模块进入关断或低功耗模式，保证不干扰正常的功耗拆解。
功耗拆解的流程：【模块化拆解】【分支电源的拆解】，做到各个【击破】，结合整机功耗情况，排查分析各个模块的耗电情况。

1万 · 2021-7-1 20:40

解决疑难
进入【关机】模式，电流还是没达标，有漏电。一般关机模式，会进入【Standby模式】，并非完全断电。要确认是否可以配置上下拉电阻（根据MCU），保证某些模块的电源开关，处于可靠的开关状态。如【MOS管】，可能需要确定的【低电平】或【高电平】来关断。另外产品设计，有些外设，如【库仑计】，一般不会关闭，需要进入低功耗或关机模式。
清楚各个模块的功耗，完成了电流的拆解，这是功耗管理的第一步。通过开关外设电源、控制引脚电平，了解基础待机与关机功耗。
硬件初期设计可能不够完美，部分模块的供电肯能设计不够合理，部分硬件的漏电，待机正常，关机【异常】。不受控制的电源【模块】，要特别注意与硬件开发人员沟通。
保证在设备的【运行】【睡眠】【关机】【断电】等条件下，功耗无异常情况。有问题的，需要硬件【改版】的，需要【尽早】提出来讨论确定。

1万 · 2021-7-1 20:40

总结
【功耗拆解】【引脚配置】【电源控制】，是开启功耗调优与管理的第一步，需要熟悉硬件原理，供电逻辑。
需要了解功耗的指标，如【续航指标】，根据【续航模型】估算出深睡眠时的功耗、工作时的时间。
前期调试功耗，虽然与PM功耗框架关系不大，不过开启RT-Thread PM框架，使用PM框架提供的命令，可以快速的调试、验证
功耗调优虽游离于【硬件】【驱动】【应用】三界，但作用不可忽视。