如何通过动态电源管理来节省电池电量？

　　近几十年来，对低功耗解决方案的需求不断增长，需要开发新的算法和巧妙的技术，这些技术可以节省能源并保证由电池供电的独立解决方案的长期保存期限。

　　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，则半导体芯片的使用寿命通常更长，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，我们将了解如何通过实现动态电源管理来节省电池电量，这可能会使电池有更长的保质期。

　　什么是动态电源管理（DPM）？

　　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，单个外设或整个系统可以进入低功耗状态。

　　典型的IoT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，向量表示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，失去了能力，再加上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预测，则该技术将无法很好地执行。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。

　　预测性策略

　　在预测策略中，空闲时间取决于阈值，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。在预测性政策中，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。

　　超时策略

　　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。

　　基于历史的策略

　　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。该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。

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