來源 | HaaS技術社群
1、背景
随着晶片技術的不斷發展，CPU的主頻越來越高，随之而來的高功耗及發熱等問題也日益顯現出來，是以低功耗設計也成為了智能硬體中必須面對的重大課題。業界在低功耗的設計方面有許多優秀的實踐案例，值得我們借鑒和學習，本文總結了一些經典的低功耗設計方法，同時也會詳細闡述AliOS Things在IPC中采用的低功耗方案。
2、智能硬體的低功耗設計
2.1、功耗産生的原因
晶片的功耗可了解為在機關時間内所消耗的電量，是以功耗的高低主要取決于産品中器件或子產品消耗電量的大小。
功耗來源分類：
靜态功耗：和晶片制造技術相關，通過提升晶片采用的工藝、降低晶片面積等方法，但同時也增加了晶片的成本。
浪湧功耗：開機和喚醒時的瞬時功耗，和晶片本身的啟動電流以及和元器件有關。
動态功耗：以上兩種超出了本文的讨論範疇，本文主要讨論如何通過軟硬體的設計來降低動态功耗。
2.2、降低智能硬體功耗的一般方法
2.2.1、CPU動态調頻和調壓
對于大多數SoC系統，都可以支援動态調整CPU運作頻率和電壓，根據目前系統承載的業務，當CPU負載較重時，可以使用較高的運作頻率和電壓，當CPU處于低業務量或空閑狀态時，可降低運作頻率和電壓，達到降低功耗的目的。
2.2.2、關閉不用的子產品和外設
目前SoC系統功能越來越複雜，內建的子產品也越發豐富，從GPIO、Uart、SPI，到音視訊、網絡等。SoC中每個子產品都需要一個對應的時鐘來保證子產品的正常運作，如下圖所示的一種簡化的SoC的時鐘系統，時鐘信号的翻轉是産生動态功耗的主要原因之一，是以關閉系統不用的子產品對于降低功耗也是行之有效的方法之一。
3、基于AliOS Things的低功耗IP Camera
3.1、總體架構
本方案的核心是通過将主要的網絡保活等功能釋放到wifi模組，在非業務模式下僅保留wifi模組工作，讓主要SoC掉電，進而達到降低功耗的目的。wifi模組在主要SoC掉電時和伺服器保持連接配接，當有業務需要進行時，則由wifi模組立即喚醒主要。
3.2、軟體設計
3.2.1、主要快速啟動
主要的快速啟動是實作本低功耗方案的前提，隻有能夠做到主要快啟并快速出圖，才能讓主要在空閑模式下掉電，進而節省功耗。從核心驅動和使用者态應用兩個方面對系統的啟動速度進行優化：
（1）驅動子產品初始化加速
将核心驅動子產品做并行化處理，加速系統的啟動。在裝置驅動在初始化的延時過程中，切換到其他裝置的初始化流程，可達到并行化的效果。
（2）應用程式分段加載技術
開機過程中僅加載應用.elf鏡像的部分内容到記憶體中，結合缺頁中斷等CPU特性，在需要時喚入其他部分，可實作應用程式的分段加載，進而縮短應用的啟動時間。
3.2.2、網絡鍊路保活機制
IP Camera在低功耗狀态沒有主流程業務，但仍需要和伺服器之間保持連接配接狀态，當有業務觸發時，則可以快速發起業務。本低功耗方案将主要做了掉電處理，是以保活的工作釋放給wifi模組進行，由wifi模組周期性向伺服器發送保活資料包。
3.2.3、休眠和喚醒方案
從IP Camera的應用場景出發，IP Camera在絕大多數時間内，是不需要啟動的，隻有當使用者通過手機App遠端檢視視訊，或者當Camera檢測（一般是紅外檢測）到有人經過時，才會啟動IP Camera進行正常業務。是以讓IP Camera的主要在不用的時候進入低功耗模式甚至斷電，可以大大增加IP Camera的待機時間。
4、總結
本文介紹了智能硬體中低功耗設計的一般方法，通過降頻降壓、關閉不用的子產品等方法可以達到降低功耗的目的。此外，還介紹了一套基于AliOS Things的IP Camera解決方案，該方案通過實作主要快啟，以及關閉主要的方法，實作深度降低IP Camera整體功耗的目的，同時該方案具備很好的可複制性。
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