关于MCU低功耗设计理论分析解读
一．mcu耗能因素
现代的mcu一般使用cmos技术，耗能包括2方面：
静态消耗 主要是晶体管消耗能量；
动态消耗 公式=c×v2×f，其中c是cmos的负载电容，v是供电电压，f是时钟频率；
总电能消耗是静态消耗和动态消耗之和，即：idd=f×idynamicrun[ua/mhz]+istatic[ua].
因此，电能消耗依赖于：
mcu芯片尺寸或者说晶体管的数目；
mcu供电电压降低电压可以成平方级别地降低电能消耗；
时钟频率可以把时钟频率降低到刚好满足应用需要；
外设数目使能的外设越多，耗能越大；
运行模式合理选择工作模式可以大幅节能，如，全速工作极短时间后进入睡眠模式。
二．节能方法
1. 关闭不需要使用的外设；
2. 所有未使用的引脚必须连接到一个确定的逻辑电平；
3. 当有外设必须保持激活时，使用wait模式来获得低功耗；
4. 使用合适的vdd值；
5. 尽可能地使用低功耗运行模式；
6. 如果不能使用低功耗模式，那就将主频降低到满足应用的最小值；
7. 如果可能，使用动态控制i/o引脚的上拉功能。
三．低功耗模式
支持低功耗的mcu一般都有好几种运行模式，以st公司的stm8l为例，它支持5种低功耗模式：等待、低功耗运行、低功耗等待、主动停止和停止。每一种模式的进入方式，节能级别和外设工作要求，总结表1：
表1 stm8l低功耗运行模式
上述低功耗运行模式对于开发者来说有点多，尤其刚接触stm8l处理器。我们需要一般性的指导原则，表2是来源于实践的经验。
表2 选择合理的stm8l节能模式
四．鲜为人知的技巧
1. 使用wait替换查询方式达到节能目的
常见的查询方式如下，此时cpu无事可干，白白消耗电能。
adc_cr1 = adc_start; /* start conversion */
while (!(adc_sr & adc_sr_eoc)) ; /* wait for eoc bit set */
可以使用等待事件的方式来节省电能。
先配置adc为事件源，并使能相应的中断：
wfe_cr2 = adc_comp_ev; /* enable adc as a source of event */
adc_cr1 = adc_eocie; /* enable interrupt for end of conversion */
当adc转换完成后，唤醒处于等待的cpu：
adc_cr1 = adc_start; /* start conversion */
_asm(“wfe”); /* enter wait mode until waked by adc_eocie*/
2. 无须上下文切换的中断模式
应用程序设计时，如果所有中断事件由isr完成，可以通过将cfg_gcr寄存器中al位置1来节省电能：避免保存/恢复context、无须主程序运行（返回到wfi模式），如下图1所示。
图1 wfi模式下中断无须上下文切换
将al位置1节省电能的方法同样可以用于halt模式，原理如下图2所示。
图2 halt模式下中断无须上下文切换
3. 动态设置i/o口的上拉功能
很多应用需要按键作为人机接口，按键一般连接到i/o上。当按键没有动作时i/o口设置内部上拉而获得确定的逻辑电平；一旦按键按下，i/o口对地导通将产生额外的40～70ua电流，这对于电池供电的低功耗来说是十分重要的。
可以动态地控制i/o口的上拉达到节能的目的：一旦按键按下，中断服务程序将禁止该i/o口的上拉功能；然后软件定时执行—先使能上拉功能，再检测i/o口状态，如果按键仍按下再次禁止上拉功能，否则使能i/o口的上拉功能。整个逻辑如下图3所示：
图3 动态设置i/o口的上拉而节能
4. cpu空闲节能策略
cpu的空闲节能如下图4所示，它的逻辑包括以下几个步骤：
(1)发现cpu空闲：带os系统，表现为任务没有事件需要响应，或者进入idle进程；无os系统，表现为程序运行结束。
(2) 选择一种合适的cpu节能模式：chip_enterlowpower()完成进入节能前的准备工作，包括：关闭外设，切换i/o引脚到节能状态。
(3) 退出节能模式需要调用chip_exitlowpower()，可能发生在以下2种情形：
a. 需要使用被关闭外设的isr：
b. 由process直接退出；
chip_exitlowpower()的善后工作包括：使能外设，切换i/o引脚到工作状态。同时为避免isr和process两次操作chip_exitlowpower()，该
函数设置了状态变量避免重复退出。
图4 cpu空闲节能策略
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因此，电能消耗依赖于：
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mcu供电电压降低电压可以成平方级别地降低电能消耗；
时钟频率可以把时钟频率降低到刚好满足应用需要；
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二．节能方法
1. 关闭不需要使用的外设；
2. 所有未使用的引脚必须连接到一个确定的逻辑电平；
3. 当有外设必须保持激活时，使用wait模式来获得低功耗；
4. 使用合适的vdd值；
5. 尽可能地使用低功耗运行模式；
6. 如果不能使用低功耗模式，那就将主频降低到满足应用的最小值；
7. 如果可能，使用动态控制i/o引脚的上拉功能。
三．低功耗模式
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四．鲜为人知的技巧
1. 使用wait替换查询方式达到节能目的
常见的查询方式如下，此时cpu无事可干，白白消耗电能。
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可以使用等待事件的方式来节省电能。
先配置adc为事件源，并使能相应的中断：
wfe_cr2 = adc_comp_ev; /* enable adc as a source of event */
adc_cr1 = adc_eocie; /* enable interrupt for end of conversion */
当adc转换完成后，唤醒处于等待的cpu：
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_asm(“wfe”); /* enter wait mode until waked by adc_eocie*/
2. 无须上下文切换的中断模式
应用程序设计时，如果所有中断事件由isr完成，可以通过将cfg_gcr寄存器中al位置1来节省电能：避免保存/恢复context、无须主程序运行（返回到wfi模式），如下图1所示。
图1 wfi模式下中断无须上下文切换
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图3 动态设置i/o口的上拉而节能
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