引言
射频识别(RFID)技术近年来在国内外得到了迅速发展。对于需要电池供电的便携式系统,功耗也越来越受到人们的重视。本文将具体阐述基于MSP430F2012和CC1100低功耗设计理念的双向有源标签的软硬件实现方法。
低功耗设计
低功耗概述
功耗基本定义为能量消耗的速率,可分为瞬态功耗和平均功耗两类。两者意义不同,有不同的应用背景和优化策略,通常被笼统地概括为低功耗设计。实际研究中可根据不同情况区分为:
(1)瞬态功耗优化:目标是降低峰值功耗,解决电路可靠性问题。
(2)平均功耗优化:目标是降低给定时间内的能量消耗,主要针对电池供电的便携电子设备,以延长电池寿命或减轻设备重量。
功耗的物理来源
芯片电路的功耗主要来自两方面:动态功耗和静态功耗。动态功耗主要是电容的充放电和短路电流。静态功耗主要是漏电流,包括PN结反向电流和亚阈值电流,以及穿透电流。如果工作时序及软件算法设计有缺陷,会降低系统工作效率、延长工作时间,也会直接增加系统能量的消耗。
低功耗设计策略
算法级功耗优化:在电路设计的开始,就要进行算法的选择,应该尽量选择功耗效率高的算法。首先,从实现算法所需逻辑的大小来看,算法中操作的数目、所需要的带宽、存储操作、端口操作越少,此算法应用到的电路功耗越低。在实际的设计中,需要按照应用的要求进行总体性能和功耗的均衡。同时,算法中需要的协处理必须考虑,算法所需的协处理越简单、协作模块越少、实现算法所需要的功耗就越小。此外,算法中临时变量少、临时变量有效的时间短、循环的合理运用都会降低算法所需的功耗。
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尽量用软件来代替硬件也是低功耗系统设计常常采取的措施。本次程序开发综合考虑了时序调度和工作效率两方面问题,以降低系统的功耗。
合理设计工作时序
由于CPU的运行时间对系统的功耗影响极大,应尽可能缩短其工作时间,较长地处于空闲方式或掉电方式是软件设计降低单片机系统功耗的关键。程序运行流程图如图2(a)、(b)所示,当系统上电完成初始化操作即刻进入低功耗模式,只在系统接收到正确信息产生中断时才会唤醒单片机进入工作模式,尽量在短时间内完成对信息或数据的处理,当处理结束立即返回低功耗模式等待下一个中断到来。
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