【RTOS】基于RTOS的降低功耗的策略

RTOS中降低功耗的策略

Saving Power with an RTOS

介绍

随着绿色节能产品需求的增加，快速增长的移动设备，其电池寿命最受关注，设计者必须要考虑在其设计中如何最大限度的降低功耗。这可以通过选择耗电更低的组件，以及更合理的软件架构去实现。

RTOS调度效率

一个普遍的常识，在嵌入式设计中加入RTOS会产生额外的处理开销，从而导致更高的功耗。对于简单的设计，轮询超循环架构可能是更合适的，但对于更高级、更复杂的设计，使用基于事件机制的调度算法部署RTOS可以显著减少应用程序的处理时间，从而允许选择更小的处理器或增加更多的功能。

在一个基于优先级抢占式RTOS的软件工程中，任务是按照优先级执行的，高优先级任务只要就绪总能获得处理器。在没有任务运行时，如任务等待事件而阻塞，RTOS就会运行后台任务即空闲任务，空闲任务可以做一些后台处理工作。但通常情况下，系统只是保持在空闲任务运行直到某个事件产生以使其阻塞的任务激活。软件设计越高效的利用RTOS，空闲任务消耗处理器的时间就越长。

空闲任务睡眠模式

降低功耗首先要做的就是在系统进入空闲任务后，RTOS使处理器进入低功耗模式。为了保证快速响应，处理器将在中断来临时唤醒，如果没有外部中断触发，则将在下一个RTOS tick中断时唤醒。

在OPENRTOS和SAFERTOS系统中，降低功耗的方式是在空闲任务钩子函数中使处理器进入低功耗模式，见图Figure 1。

SAFERTOS系统的超低功耗模式

tickless睡眠模式进一步扩展了之前提出的降低功耗的策略，通过在空闲期间完全停止RTOS tick中断使系统处于省电模式以达到节省电能，停止tick中断将使处理器保持深度省电模式，直到一个中断发生，或是RTOS重新激活任务的时候，如图Figure 2。

使用SAFERTOS，可以在下述情况进入tickless睡眠模式

• 只有空闲任务在运行的时候，所有的应用任务均被阻塞或挂起
• 在内核将应用任务激活时，至少需要N个完整的tick周期，这样做可避免在每次tick时计算和重新配置时钟

在tickless睡眠模式处理器将处于睡眠模式，直到下一个任务阻塞时间到达，或是下一个软件定时器被触发。在下述条件满足时，SAFERTOS将使处理器处于深度睡眠模式直到下一个外部中断到来

• 软件定时器未被使用，或是定时未到，SAFERTOS在任何时候均不执行定时器的回调函数
• 所有的应用任务均处于挂起状态或无限超时阻塞状态(超时被设置为portMAX_DELAY)，SAFERTOS在任何时候均不激活任务

SAFERTOS知道最长的睡眠时间，没有错过任务阻塞时间超时的风险，或软件定时器的执行。但无法预测何时退出低功耗模式，因为无法预测异步中断何时发生，因此在SAFERTOS退出低功耗模式时，无法假定睡了多久，故无法在调整系统时间前计算出睡眠时长。

freertos低功耗机制

freertos是在系统进入空闲任务时，将处理器设置为低功耗状态，当然rtos节拍时钟频率过高，将会使处理器频繁的进入和退出低功耗状态，这带来的电量损耗可能比正常运行模式时还高，为解决这个问题，freertos引入了tickless低功耗模式，即在系统执行空闲任务时停止系统时钟，在tick中断被激活时重新计算并调整rtos的tick计数值，tickless低功耗模式可使处理器保持在深度省电状态，直到中断发生。