Úsporné režimy procesora
Zo stránky SensorWiki
Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2026 - Gordii Chornyi
Zadanie
Cieľom tohto projektu je oboznámenie s zabudovanymí úspornymí režimami procesora.
Hardware v tomto projekte je doska ACROB s mikrokontroler ATmega328P.
Literatúra:
- How to optimize Arduino for low power design
- Sleep Modes and Power Management
- Dokumentacia k ATmega328P
- AVR® Low Power Sleep Modes
- <avr/sleep.h>: Power Management and Sleep Modes
Analýza a opis riešenia
Arduino doska može byť použitá v strojoch, ktoré s spoliehaju na externý zdroj energie a hlavné na uchovanú energiu v akumulatori. Prístup ku externému zdroju môže byť nepravidelný a nie je tak efektívny, ako by sme chceli.
V takejto situácii chceme, aby komponenty stroja využívalí čo najmenej energie a zaroveň zachovávali požadovanú efektivnosť a potrebné schopnosti.
V tomto momente, pravdepodobne, nastane problem: Chceme zobrať malu dosku s malou spotrebou energie, ale pre správnu prácu stroja musime zobrať väčšiu dosku, s väčšou spotrebou, s požadovaným výkonom a funkciami.
Ako jeden zo spôsobov vyriešiť problem veľkej spotreby energie je použiť jeden z úsporných režimov.
Nam sú dostupné 6 úsporných režimov:
- - Idle
- - ADC noise Reduction
- - Power-down
- - Power-save
- - Standby
- - Extended standby
Idle
Vypína iba procesor, a necháva dosť veľa možnosti zobudenia z vonku aj z vnutra.
Môže byť zobudený: Pretečením časovača , USART prenosom , prerušením prostrednictvom Analógového komparatora, ADC prevodnika, Timer/Counters, Watchdog , zmenou na pinoch.
ADC noise Reduction
Veľmi podobný ako Idle s rozdielom v tom, že vypína aj SPI a USART. Toto umožňuje zväčšiť kvalitu merania ADC prevodnika.
Power-down
Vypína skoro všetko. Zobudenie je možne iba cez (TWI) 2-wire serial interface, Watchdog, prerušenie na pinoch INT0 a INT1 z vonka, prerušenie z ostatných pinov.
Má možnosť vypnúť BOD - Brown-out Detector
Power-save
Od Power-down sa líši možnosťou zapnúť Timer/Counter2 v synchronnom alebo asynchronnom režime. Ak Timer/Counter2 nepotrebujem, tak lepšie zapnúť Power-down režim.
Standby
Mal by sa používať s vonkajším krýštalom alebo rezonatorom v role časovača. Je identický ku Power-DOWN s jednou vynimkou - oscilator pokračuje pracovať.
Extended standby
Mal by sa používať s vonkajším krýštalom alebo rezonatorom v role časovača. Je identický ku Power-SAVE s jednou vynimkou - oscilator pokračuje pracovať.
Zapojenie, algoritmus, program
Ku doske je pripojene jedno tlačitko s rezistorm na pine PD4 ( INT0 ). Bude využité na externe prerušenie.
Knižnica avr/interrupt.h je opcionálna. Potrebujem iba na krásne blikanie LEDky.
V main nastavime zabudovanú LED ako výstup a Tlačitko na PD4 ako vstup s pull-up.
Následne mame vybrať úsporný režim, ktorý chceme využiť.
Môžeme to spraviť dvoma spôsbmi:
- Ručne nastavime register SMCR
- Ma 4 piny - SM2, SM1 a SM0 určuje úsporný režim. SE, ktorý povoluje spustenie uspania. Bit SE je najlepšie aktivovať tesne pred spustenim uspania, aby nenastalo skôr než potrebujeme.
- Využijeme funkciu set_sleep_mode() z knižnice sleep.h [ Nastavuje SMCR za nas ]
- Do zatvoriek doplnime SLEEP_MODE_"nazov_režimu". Povolenie uspania dávame neskôr, inými funkciami.
V loope najprv vypneme prerušenie. Zapneme vtedy, kedy potrebujeme.
Zablika LEDka - signál, že procesor nespi.
Na uspanie použieme funkcie z sleep.h
- sleep_mode()
- Tesné pred sleep_mode() treba povoliť prerušenie [ funkcia sei() ].
- Funkcia nastavuje SE bit na log. 1 a tymto povoluje uspanie. Spušťa uspanie. Po zobudeni nastavuje SE bit na log. 0.
- sleep_enable() , sleep_cpu() , sleep_disable
- Prerušenie povoluje medzi sleep_enable() a sleep_cpu().
#include <avr/io.h>
#include <avr/sleep.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>
// Delay funkcia pre požadované medzery
void delay(int delay)
{
for (int i=1; i<=delay; i++)
_delay_ms(1);
}
#define LED PB5 // Zabudovaná LED dioda
#define SW1 PD4 // Tlacitko ako zdroj externého prerušenia
int main(void)
{
DDRB |= ( 1 << LED );
DDRD &= ~( 1 << SW1 );
PORTD |= ( 1 << SW1 );
// SMCR - Sleep Mode Control Regiter
// Ma 4 bity: SM2 , SM1 , SM0 , SE
// SM2..0 zodpovedaju za výber úsporného režimu.
// SE (Sleep Enable) umoznuje uspanie pri vyvolaní SLEEP inštrukcie.
/*
SMCR |= ( 0 << SM2 ) | ( 1 << SM1 ) | ( 0 << SM0 ); // 0 1 0 = Power-down.
SMCR |= ( 1 << SM1 ); // To iste ako o riadok vyššie. Power-down
SMCR |= ( 1 << SE ); // Umožnime uspanie. Radšej aktivovat tesne pred vyvolaním SLEEP inštrukcie, aby omylom neuspat skôr než treba
*/
// set_sleep_mode umož?uje vybra? úsporný režim
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE); // IDLE
//set_sleep_mode(SLEEP_MODE_ADC); // ADC noise Reduction
//set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // Power-down
//set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_SAVE); // Power-save
//set_sleep_mode(SLEEP_MODE_STANDBY); // Standby
//set_sleep_mode(SLEEP_MODE_EXT_STANDBY); // Extended standbys
while(1)
{
cli(); // Zatial vypnime prerušenie. Potrebujeme ho aktívnym pred uspanim
PORTB |= ( 1 << LED ); // Zapni LED a cakaj 2 sekudny
delay(2000);
PORTB &= ~ ( 1 << LED ); // Vypni LED a cakaj pol sekundy
delay(500);
PORTB |= ( 1 << LED ); // Ešte ráz zapnut a vypnut LED na kratšiu dobu
delay(500);
PORTB &= ~( 1 << LED );
// sleep_bod_disable(); // Deaktivujeme Brown-out Detector ak ho nepotrebujeme
sei(); // Umožnit prerušenie
sleep_mode(); // Aktivovat úspanie.
// ako alternativa môžeme postupovat podla jednotlivých krokoch
/*
sleep_enable(); // Nastavi sa SE (Sleep Enable) bit
sleep_bod_disable(); // Deaktivujeme Brown-out Detector ak ho nepotrebujeme
sei(); // Umožnit prerušenie
sleep_cpu(); // Uspi procesor
sleep_disable(); // PO zobudení vycisti SE bit
*/
}
}
#include <avr/io.h>
void adc_init(void); // A/D converter initialization
unsigned int adc_read(char a_pin);
Pridajte sem aj zbalený kompletný projekt, napríklad takto (použite jednoznačné pomenovanie, nemôžeme mať na serveri 10x zdrojaky.zip:
Zdrojový kód: zdrojaky.zip
Overenie
Ako ste overili funkciu, napríklad... Na používanie našej aplikácie stačia dve tlačítka a postup používania je opísaný v sekcii popis riešenia. Na konci uvádzame fotku hotového zariadenia.
Video:
Čo by som urobil inak
Zamyslite sa spätne nad problémom, ktorý ste riešili a napíšte, čo sa vám nepodarilo a nabudúce by ste spravili inak.
Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.