Energiesparende Software entwickeln
Stromzähler für Mikrocontroller
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Sparmaßnahmen umsetzen
Der Stromverbrauch der Echtzeit-Uhr erweist sich als vernachlässigbar, auch beim Auslesen der Werte, deshalb ist sie die Komponente, die dauernd läuft. Dies kann auch mit der Strommessung bestätigt werden, auch wenn sie den nötigen Interrupt am Mikrocontroller auslöst und die Werte ausgelesen werden. Als Power-Down-Modus wird der "Deep Sleep Mode" gewählt, bei dem noch die Register und die Speicherwerte erhalten bleiben. Die Echtzeit-Uhr weckt den Controller bei Bedarf auf.
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Im "Wach-Zustand" werden die verschiedenen Betriebszustände ausgiebig optimiert. Im Uhrzeit-Modus wird der Interrupt der Uhr auf 1 Minute gestellt, d.h., der Mikrocontroller wird nur jede Minute aufgeweckt, damit bleibt genügend Strom der Solarzellen übrig, um die Batterie zu laden. Im Bildwechselmodus wird der Interrupt auf 1 ms umgestellt. Damit der neue Bildaufbau in 0,5 s geschehen kann, wird immer 1 ms kopiert und 1 ms gewartet (Bild 3). Dies hat rein optische Gründe – das Kopieren ohne Unterbrechung wäre energetisch günstiger. Ist das Bild komplett aufgebaut, wird 3 s gewartet, bis das nächste Bild kopiert wird. Währenddessen wird auch der Interrupt der Echtzeit-Uhr auf 3 s umprogrammiert.
Eine wichtige Stromsparmaßnahme ist das komplette Trennen des Flash-Speichers von der Spannungsversorgung, wenn nicht kopiert wird. Damit kann der Ruhestrom des Flash eingespart werden. Das LC-Display hat einen recht geringen Ruhestrom – es muss zum Bilderhalt ja auch dauernd versorgt werden. Erfreulicherweise stieg der Stromverbrauch des LCD beim Kopieren wenig.
Im Konzept des Projektes war auch geplant, die Spannung der Solarzellen mit dem Mikrocontroller zu überwachen und dann entsprechend auf weniger Licht und damit weniger Energie reagieren zu können. Leider war der Stromverbrauch des Analog/Digital-Wandlers nicht vernachlässigbar, auch wenn er nur ab und zu eingeschaltet wurde, deshalb wurde nach diesem überraschenden Messergebnis endgültig darauf verzichtet.
Die Herausforderungen bei der Software-Entwicklung bezüglich des Energieverbrauchs von Embedded-Systemen werden steigen. Unterstützung hierbei gibt es bei den Mikrocontrollern, wo z.B. gerade bei den neu erscheinenden Cortex-M0 noch drastische Verbesserungen zu erwarten sind. Allerdings müssen diese Sparmöglichkeiten durch die Software ausgeschöpft werden. Hierzu ist die genaue Messung mehrerer Domänen und ihre Zuordnung zur Applikation nötig, damit die Auswirkungen der Software untersucht werden können. Im Lichte dieser sehr aktuellen Problematik wurde der PowerScale mit dem diesjährigen Embedded Award für Tools ausgezeichnet.
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