微控制器通常具有不止一個低功耗睡眠模式，從局部存儲器和大多數(shù)外設(shè)保持供電但CPU內(nèi)核本身待機(jī)的輕度睡眠模式，直到大多數(shù)功能禁用和掉電的深度睡眠模式。由于越來越少的外設(shè)和內(nèi)核功能保持啟用，因此增加了節(jié)省的能量。但是，這種設(shè)計存在重大的折衷。

 

一般說來，IoT傳感器節(jié)點(diǎn)需要對其周圍的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并在系統(tǒng)條件發(fā)生變化時做出反應(yīng)。對于低功耗嵌入式系統(tǒng)，特別是在采用能量采集系統(tǒng)時依賴間歇電源的嵌入式系統(tǒng)來說，優(yōu)化的關(guān)鍵就是找到仍然能夠?qū)?shí)時事件做出適當(dāng)反應(yīng)的最低功耗睡眠模式。

 

在實(shí)際系統(tǒng)中的微控制器最低能量睡眠模式，一般是由實(shí)時時鐘處理基本的內(nèi)務(wù)管理功能，并且定期喚醒系統(tǒng)來檢查活動。例如每秒喚醒系統(tǒng)以檢查外部條件的變化，如果需要軟件處理輸入的話，便轉(zhuǎn)而完全喚醒處理器內(nèi)核。但是，在報警情況相當(dāng)少，而且間隔并不均勻的系統(tǒng)中，這種輪詢式方法是非常浪費(fèi)的。

 

如果讓系統(tǒng)使用較高能量的睡眠狀態(tài)來處理I/O，一旦超過閾值便可以快速喚醒處理器內(nèi)核，從而確保對隨機(jī)中斷做出更快的響應(yīng)；但是這些模式可能消耗能量庫，使得處理器沒有足夠的功率來響應(yīng)。但是，我們有可能可以結(jié)合深度睡眠模式的長處，而仍然對關(guān)鍵輸入作出快速響應(yīng)。

 

有些超低能量實(shí)時時鐘設(shè)計可以檢測外部事件，例如硬件中斷引起的問題或比較器感測到的輸入電壓變化。當(dāng)檢測到外部事件時，系統(tǒng)可迅速轉(zhuǎn)向喚醒狀態(tài)，不會因為執(zhí)行輪詢策略而引起功率損失，并且最大限度地延長了系統(tǒng)處于深度睡眠模式的時間。

 

在處理軟件時，重要的是確保每個時鐘周期可以實(shí)現(xiàn)最高工作量。在傳遞給用戶與/或云端之前，許多IoT傳感器應(yīng)用需要使用信號處理算法來檢測問題和預(yù)處理數(shù)據(jù)。這不僅要求使用32位處理器架構(gòu)而不是8位處理器架構(gòu)(因為32位處理器只需更少的周期便可處理這些數(shù)學(xué)運(yùn)算)，而且要求采用全面支持定點(diǎn)和浮點(diǎn)信號處理指令的架構(gòu)。用于浮點(diǎn)運(yùn)算的硬件支持，可以確保在減少很多的周期內(nèi)完成運(yùn)算，從而允許內(nèi)核快速返回到更節(jié)能的睡眠狀態(tài)，進(jìn)一步降低總體系統(tǒng)級能耗。這種要求組合需要選擇ARM Cortex-M4F這樣的處理器，也就是Ambiq Apollo系列所采用的處理器。

 

由于能效提升從系統(tǒng)級降低到低電壓水平的電路運(yùn)作，將電壓控制推動到極限，使得能量采集能夠成為物聯(lián)網(wǎng)日益廣泛的傳感器設(shè)計的可行選擇。

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