物联网设备中的动态电源管理

　　近几十年来，对低功耗解决方案的需求不断增长，因此需要开发新的算法和技术，以节省能源并保证由电池供电能长期运行。

　　通用电子解决方案的三个关键参数和组件是半导体，软件和运行功率。如果编程的无错误更改非常温和，则半导体芯片通常使用寿命更长。第三个参数-功率-可以在半导体本身被腐蚀之前使系统停机。

　　有很多节省能源的方法，例如电源电压缩放，时钟门控，频率和电容减小等。

　　在本文中，我们将看到如何通过实施动态电源管理来节省电池电量，这可能会导致更长的保质期。

　　什么是动态电源管理？

　　给定的系统模块及其外围设备并不总是处于运行状态。根据节能策略，可以将单个外围设备或整个系统置于低功耗状态。

　　典型的物联网设备的功耗取决于工作负载，这是完成任务所需的有用活动。工作量通常由处于不同状态的特定处理单元表示为电流消耗。

　　例如，在下面的工作负荷图中，占空比分为两个状态：1）处于活动状态和2）空闲。在活动状态下，处理器/控制单元正在执行某些操作。而在空闲状态下，处理器不处理任何数据。请注意，即使处理器处于空闲状态，它仍在消耗功率，但规模要小得多。

　　在活动状态下，处理器将执行三个任务，分别检测数据，对其进行计算并传输至输出。每个任务消耗的能量以不同的颜色突出显示。在活动状态下消耗的总能量是所有任务平方下的总面积。

　　一个系统可以具有多个电源状态。PSM（电源状态机）定义了功耗，节点表示状态和每个状态下的功耗。向量代表状态之间转换所需的时间和功率。例如，英特尔Xscale处理器具有四个状态。

　　为了充分利用给定的系统，PSM和工作负载必须确定电源状态的最佳分配以节省能源。

　　在上述情况下，将根据工作负载分配电源状态。我们失去了预测能力和能力，以及切换到下一个状态所花费的时间。

　　如何通过预唤醒节省时间？

　　在这种情况下，克服了时间损失，但是唤醒功率损失仍然存在。预唤醒基于空闲时间的估计。如果空闲时间被错误地预测，则该技术不能很好地执行。但是，如果我们预测准确的空闲时间，则可以节省更多的能量。那么唯一的功率损耗就是过渡成本。

　　研究人员提出了不同的策略来利用电源状态和时间。

　　预测性政策

　　在预测策略中，根据阈值预测空闲时间。该阈值称为收支平衡时间。收支平衡时间是弥补停机成本所需的最短空闲时间。在预测性策略中，总是存在预测不足和预测过度的机会。预测不足会造成功耗浪费，而预测过度则会造成功耗损失。

　　超时政策

　　使用超时策略，您可以根据预定义的超时（通常是盈亏平衡时间）将设备置于关闭状态。由于盈亏平衡时间弥补了停机的成本，因此将其视为超时是有意义的。该政策包括关闭费用。根据系统的不同，超时时间可能有所不同。超时策略涵盖了关闭成本，但系统始终会遭受唤醒损失。

　　基于历史的政策

　　在基于历史记录的策略中，将考虑先前的活动时间，并根据活动时间来预测下一个空闲时间。在基于历史记录的策略中，假定较长的空闲时间段之后是较短的有效时间段。这种预测可能并不总是正确的，但在大多数情况下可以节省能量。

　　逐年涌现出更多的算法和策略。所有人都有一些权衡，但我们不能忽略它们。

　　动态电源管理可节省大量功率并提高性能。单个系统的解决方案在很大程度上取决于实施的工作量和策略。