從硅片到軟件的嵌入系統
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AVS有一個(gè)有意思的地方，這就是AVS策略可以根據系統輸入電壓而改變。在本例中，當輸入為3.6V時(shí)，用一個(gè)高效的內部dc/dc轉換器為內部邏輯以及閃存供電，效率更高。但隨著(zhù)在產(chǎn)品生命周期內的電池放電，輸入電壓跌落，用輸入電壓為閃存子系統直接供電就成了更高效的方法，因為內部邏輯可以工作在較閃存更低的電壓下。例如，Silicon Labs公司的SiM3L1xx系列MCU就有一個(gè)靈活的電源架構，有六個(gè)獨立和可變的電源域，能夠實(shí)現這種動(dòng)態(tài)的優(yōu)化。
增加硬件塊（如DMA）可以進(jìn)一步改變對能耗的折衷。
通常來(lái)說(shuō)，CMOS邏輯電路工作得較慢，因為它們電壓低。如果應用可以容忍較低的性能，則較低電壓可以因能耗中的二次項而獲得大的節能效果，例如常有這種情況，要處理的通信協(xié)議，其提交數據的速度不高于某種標準頻率。泄漏為電壓縮放提供了下限。如果每次運行花費時(shí)間太長(cháng)，則泄漏就開(kāi)始占據能耗方程的主要地位，從而增加了總能耗。因此，執行一個(gè)功能越快越好，然后就使處理器回到睡眠模式，盡量減少泄漏成份。
考慮一個(gè)需要完成相當多數字信號處理的無(wú)線(xiàn)傳感器應用，例如玻璃破碎探測器。在本例中，應用會(huì )通過(guò)一個(gè)快速富利葉變換來(lái)分析由音頻傳感器拾取的振動(dòng)，其特性頻率來(lái)自于玻璃的碎裂。FFT比較復雜，因此，如要降低電壓而以較低頻率執行這個(gè)變換，就會(huì )大大增加泄漏，
即使是采用較老的工藝技術(shù)。本例的最佳方案是以接近最高頻率運行這個(gè)變換，然后返回睡眠模式，直到要向主結點(diǎn)報告任何結果時(shí)。
不過(guò)，無(wú)線(xiàn)協(xié)議代碼會(huì )產(chǎn)生不同的要求。射頻協(xié)議要求事件有固定的時(shí)序。在這些情況下，協(xié)議可能要完全由硬件處理。這就使降低處理器核心電壓有了更大的意義。因此，需要做分組組裝與傳輸的代碼要運行在適合于無(wú)線(xiàn)協(xié)議的速度。
增加硬件塊（如智能DMA）可以進(jìn)一步改變能耗的折衷情況。很多DMA控制器都需要處理器的頻繁干預，如原生ARM Cortex-M3處理器所提供的DMA控制器。但更多智能DMA控制器能支持一種排隊與鏈接的組合，處理器就可以計算報頭、加密數據、分組組裝，然后以適當的間隔，將數據的傳送工作轉交給緩沖存儲區，供射頻前端使用。在射頻鏈路激活的大多數時(shí)間內，處理器可以睡眠，節省大量能源。
存儲器使用。對于現代32 bit MCU,軟件工程師在存儲器塊的使用方式上有高度自由。通常MCU會(huì )提供一組存儲器，包括長(cháng)期保存代碼和數據的非易失存儲器，以及存放臨時(shí)數據的SRAM.多數情況下，訪(fǎng)問(wèn)閃存的功耗要高于SRAM.對于正常使用情況，閃存讀取次數是SRAM讀取數的三倍。閃存寫(xiě)入消耗的功率更多（需要將整塊擦除，然后用一個(gè)相對高電壓脈沖的漫長(cháng)序列重新寫(xiě)入）。但對于大多數應用來(lái)說(shuō)，閃存寫(xiě)入操作并不頻繁，實(shí)際上不會(huì )影響到平均功耗。
閃存功耗的一個(gè)更進(jìn)一步因素是如何分配來(lái)自處理器的存取。每個(gè)閃存塊都包含多個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面的大小最多可達4k字節。要支持存取，每個(gè)頁(yè)面都必須加電；未被使用的頁(yè)面則可以維持在低功耗狀態(tài)。如果一個(gè)定期存取的代碼段要跨兩個(gè)閃存頁(yè)，而不是全在一個(gè)頁(yè)面上，則讀取指令相關(guān)的能耗就會(huì )增加。將跨不同頁(yè)面的頻繁存取代碼與數據在內存中重新分配，就可以在一只電池的放電壽命期間節省不小的能量，而不必修改物理硬件。
通常有意義的是復制功能，它更多地使用片上SRAM而不是閃存，無(wú)論是讀還是寫(xiě)，雖然這種方法看似是對存儲容量的低效使用。電池長(cháng)壽命的優(yōu)點(diǎn)可以輕易抵消掉更多的內存消耗。
代碼優(yōu)化。能量?jì)?yōu)化亦可以顛覆傳統的代碼效率概念。幾十年來(lái)，嵌入系統工程師很注重針對存儲器大小來(lái)優(yōu)化代碼，除非性能是壓倒一切的指標。能量?jì)?yōu)化提供了另一種全新的度量標準集。一個(gè)重要的考慮是采用32 bit平臺上已經(jīng)普遍提供的片上緩存。
對代碼大小的優(yōu)化能夠在緩存中保存更多的可執行代碼，從而提高了速度和節省了能耗。不過(guò)，函數調用與分支（可重新使用公共代碼，從而減少應用的尺寸）會(huì )在同列緩存的代碼段之間造成不可預期的沖突。這樣當需要從主內存中獲取指令時(shí)，會(huì )造成浪費的“緩存顛覆”,以及多閃存頁(yè)激活。
在產(chǎn)品生命周期內要頻繁工作的那些代碼，可以充分壓縮到能裝入緩存中，而不做分支或調用函數，這是有意義的?？紤]一個(gè)煙霧報警器：即使報警器每周觸發(fā)一次（也許源于廚房活動(dòng)所產(chǎn)生的過(guò)多煙氣），也僅是報警器十年壽命中3.15億次事件中的520個(gè)。絕大部分時(shí)間中，代碼只要讀一下傳感器值，然后發(fā)現其未超閾值，就讓處理器核心返回睡眠狀態(tài)，等待系統定時(shí)器的喚醒。
在警報器獲取的所有傳感器讀數中，只有不到0.0002%的情況才會(huì )執行警報生成代碼。余下99.9998%的代碼執行都是核心傳感器讀取循環(huán)；確保這個(gè)代碼直接在一個(gè)緩存列中執行，就成為最低能量使用的關(guān)鍵。其它代碼由于運行得極少，可以使用更傳統的技術(shù)做優(yōu)化。
能效工具。對于MCU平臺的能效最大化，工具的支持十分重要。要將不同函數分配到閃存的不同頁(yè)，就需要這樣一種鏈接器，它能夠知道目標MCU的存儲器詳圖。鏈接器可以獲得開(kāi)發(fā)人員的輸入結果，看這個(gè)塊是否被分配在了跨頁(yè)邊界上，并生成已經(jīng)過(guò)非易性存儲最高能效優(yōu)化的二進(jìn)制碼。
一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)代碼也用于確保函數與數據的放置方式，即最常執行的部分不會(huì )跨多個(gè)緩存列。如果MCU供應商提供了這類(lèi)工具，則實(shí)現這種級別的細節要容易得多，因為他們了解每個(gè)目標平臺的存儲器布局與功率需求。而第三方供應商實(shí)現這工具則要困難得多。
MCU供應商還詳細地了解不同外設與片上總線(xiàn)的組織方式。這一知識可以用于工具中，指導工程師做出不浪費功率的選擇。
提示
在工藝技術(shù)、IC架構以及軟件結構之間的權衡決策，可以得到微妙而有時(shí)是無(wú)法預期的結果。
電源門(mén)控可以減輕泄漏效應，使更先進(jìn)的工藝結點(diǎn)成為低工作周期系統的較好選擇。
片上穩壓器為設計人員提供了更多靈活性，能夠從一只電池中榨取更多的電荷，而片上dc/dc轉換器與性能監控電路則能實(shí)現動(dòng)態(tài)的電壓縮放。
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