Mikrocontroller-Entwicklungstools
Energiesparen vom Chip bis zur Software
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Tools für mehr Energieeffizienz
Tool-Unterstützung ist entscheidend, um die Energieeffizienz einer MCU-Plattform zu maximieren. Die Möglichkeit, Funktionen auf diskrete Seiten im Flash-Speicher zu verweisen, erfordert einen Linker, der die genaue Speicherbelegung jeder verwendeten MCU kennt. Der Linker verarbeitet Eingaben des Entwicklers, ob Blöcke über Seitengrenzen hinweg gehen dürfen, und erzeugt ein Binärprogramm, das für eine energieeffiziente Verwendung nichtflüchtigen Speichers optimiert ist. Im Prinzip wird dieser Code auch verwendet, um sicherzustellen, dass Funktionen und Daten so platziert werden, dass die am häufigsten ausgeführten Funktionen nicht über Cache-Zeilen hinweg verwendet werden. Diese detaillierte Ausführung kann mit Tools, die der MCU-Anbieter bereitstellt, viel einfacher erreicht werden. Der Anbieter kennt das Speicherlayout und die Stromversorgungsanforderungen seiner Plattformen. Für Drittanbieter ist dies wesentlich schwieriger zu erreichen.
Der MCU-Hersteller verfügt auch über ein detailliertes Verständnis, wie die verschiedenen Peripherieblöcke und On-Chip-Busse organisiert sind. Dieses Wissen lässt sich in Tools verarbeiten, damit der Entwickler Entscheidungen treffen kann, die keine Energie verschwenden. Die grafische Entwicklungsumgebung AppBuilder von Silicon Labs ist ein solches Tool (Bild 5). Damit lässt sich ein Rahmen für eine Anwendung definieren, indem Peripherieblöcke einfach durch Drag & Drop hinzugefügt werden.
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AppBuilder erfasst die Peripherie-Zusammenstellung und entscheidet, welche energiesparenden Änderungen möglich sind. Wurde z.B. ein UART in die Anwendung mit integriert und auf 9.600 Baud Übertragungsgeschwindigkeit eingestellt, zeigt das Tool den Peripheriebus des UART und legt die entsprechenden Einstellungen fest. Der ARM-Peripheral-Bus (APB) bindet Blöcke wie UARTs und A/D-Wandler an und kann bis 50 MHz getaktet werden. Hier ist die Geschwindigkeit viel höher als notwendig und verbraucht mehr Energie. Das Tool fragt dann an, ob der Anwender die Datenrate auf dem APB auf ein angemessenes Niveau verringern will.
AppBuilder bietet auch andere anwendungsspezifische Informationen über den Energieverbrauch. Mit einer Simulation der MCU (möglich durch genaues Verständnis der Bausteineigenschaften) kann das Tool ein interaktives Histogramm der geschätzten Stromaufnahme erstellen – nicht nur für die gesamte Anwendung, sondern auch für den Prozessor und jede Peripherie.
Entwicklungs-Tools werden in Zukunft immer mehr Energie-affin. Traditionell werden Debug-Funktionen wie Breakpoints auf Events eingestellt (z.B. beim Lesen oder Beschreiben von Speicher). In Zukunft ist es denkbar, dass Breakpoint-Support auch energieverbrauchsbezogene Probleme handhabt. Ist der Energieverbrauch an einem bestimmten Punkt zu hoch oder das Energie-Integral übersteigt seit dem letzten Sleep-Zustand einen bestimmten Grenzwert, löst der Debugger aus und zeigt auf, welche Bereiche der Anwendung einen höheren Energieverbrauch aufweisen als erwartet. Dies kann Code sein, der sich über Flash-Speicherseiten hinaus erstreckt und öfters läuft als erwartet. Ein höherer als erwarteter Energieverbrauch und Informationen über die Position des Codes im Speicher bieten wichtige Hinweise für den Software-Entwickler, um entsprechend einzugreifen.
Energiesparendes Systemdesign ist ein ganzheitlicher Prozess, der die Wahl der richtigen Halbleitertechnologie, Software und Entwicklungs-Tools umfasst. Beherrscht man die Beziehung zwischen all diesen Variablen, lassen sich energieeffizientere Embedded-Systeme mit höherer Leistungsfähigkeit entwickeln, um so die Lebensdauer batteriebetriebener Anwendungen noch weiter zu verlängern. fr
B.Sc. Keith Odland studierte Elektrotechnik an der University of Texas in Austin und arbeitet heute als Director of Marketing für Silicon Labs‘ Mikrocontroller-Produkte. Davor war er Manager für technische Lösungen bei Future Electronics, wo er Marketing- und Business-Development-Programme für 8/16-bit-Mikrocontroller entwickelt hat. Odland war ebenso in verschiedenen Engineering-Managementpositionen bei der Dell Computer Corporation tätig.
- Energiesparen vom Chip bis zur Software
- Die richtige Prozesstechnik
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