摩登3平台注册登录_十年硬件老司机,结合实际案例,带你探索单片机低功耗设计!

作者:YJGQDD(阿莫:hailing),整理:晓宇

微信公众号:芯片之家(ID:chiphome-dy)

经过了多年的低功耗硬件设计
(公司硬件设计和软件设计是分开的,我一直是做硬件,在面对低功耗生产事故中做硬件的往往很苦逼),其中容易出的一个问题是单片机进睡眠模式前IO没配好,产品上主要出的问题是这些出问题的IO比较隐蔽,当时经过多次测试也没测试出来,后来在生产或现场才发现的概率性功耗偏大的问题。

站在硬件的角度,最近才意识到原来软件上一直容易犯的一个毛病是
睡眠前没有把所有IO重新配置一遍
,这样容易导致IO低功耗的BUG出现。
这个心得总结起来是:要求在进睡眠模式前把所用的单片机的所有的IO从代码上1个IO接1个IO的配置一遍。不要偷懒,不要多个IO一起配置。
分析
 
 外设时钟
外设的时钟没关,单片机内部模块没关等,部分单片机进睡眠后自动会关闭,部分不会自动关闭的,没关的话当场测试功耗就偏高,会马上发现的。所以这些在实际生产中都没出过问题。
 
 IO配置
1个IO接1个IO配置,不要多个IO用类似BIT1|BIT2……,|=0xxx这类一起配置。因为代码上越是直观,出现笔误的概率越低。而且我们核对IO的时候都是一个IO一个IO的去核对配置对不对。所以代码上依次写一下其实花了不了多少时间和代码空间的。花个5到30分钟撑死,但是后续节省的时间和金钱就不好说了。人的总是有惰性的,我自己写代码的时候之前进低功耗前也只是配置了一部分,现在慢慢开始习惯全部配置,很多配置可以复制之前的IO初始化(这个已经养成了1个IO,1个IO的配置,改起来其实很舒服的)。
 
 案例分析
实际出现的最麻烦,最隐蔽的情况往往跟IO的配置有关,越简单的往往越容易出问题。
1、比如大多数情况下程序从A子程序进入睡眠后IO配置没问题,经过大量测试也没发现问题。但是当某次执行了B后再进睡眠,B中对IO进行了操作,再进睡眠没有把IO改回来,这时问题就可能出现了。而要是执行C,D……等程序再睡眠都不会出IO的隐患。
案例:
产品在客户那里发现有
50%左右放了一段时间后电池耗光。研发百思不得其姐,
多次查看代码没发现问题,之前也没出现死机的问题(死机后会导致不能进低功耗,功耗超高)。派人去现场测试,进过大量测试后发现一个IO部分产品输出高。导致电流多了1mA左右。原因是客户上电做了秒脉冲输出,下电后产品就用电池供电了。户下电前没有配置关闭秒脉冲输出,程序下电后也没有把IO配置回来,导致有50%的概率IO输出高电平。
2、一个产品已经生产了几万台,一直没发现问题。后来换了一家PCB厂家后,生产发现功耗个别产品偏高个10uA左右,研发拿回来分析,发现换了芯片就好了。但是生产出现百分之几的功耗不好的情况,芯片不可能出现这么大概率的损坏。430芯片,走正规供应商的。再一个IO一个IO的查找,通过手摸IO最终发现一个连光耦输入端的IO配置的是输入模式。换了芯片好了是因为焊接过,板子变脏,电阻变小,IO有一个比较固定的偏向与GND的电压,因而没问题。之前没问题可能是板子的阻值比现在的这家小了点,或当时生产的时候湿度大点,或光耦的反向漏电流大些,也是各种可能了。软件发现这个IO本来是配置没问题的,中间不知道哪里配置过或配置别的IO时不小心连这个IO也配置了。总之当时没搜到这个IO的配置哪里改动了,只是在进低功耗前重新配置了下这个IO。

3、产品上使用的一个外购低功耗RF模块的IO问题。使用CC1101和430F2132。都算低功耗的芯片吧。前后找了2家开发模块,第一家2132一个IO没配置好,生产阶段发现部分产品功耗偏高。后来是因为领导的原因换了家做无线的厂家来做这个,还是CC1101+2132方案。照理来说之前犯过错误应该吸取经验教训了吧。并且软件人员也是老手了。结果生产是没问题,发货到客户那里还是发现了个别产品出问题,最后还是发现一个IO没配置好状态。

4、以上心得很简单,
但是是付出多次时间+金钱得出的惨痛心得。
而且这些都是软件的问题,但是功耗问题往往第一个找个是硬件:你设计的产品功耗偏高,电池没电,你查查看,哪里出问题了。做硬件的又开不到代码,软件人员往往开始还不承认IO配置上有问题,尤其是之前找外面厂家开发的模块,他们的意思是,我做软件xx年了。开发了这么多产品,这么简单的一个产品怎么会出问题,是你们自己的产品没做好才出的问题。苦逼的硬件工程师没办法,只能自己想各种办法找到出问题的那个IO。软件人员经过改代码对比测试才完成,但是软件最后还是不会说自己的代码有问题。

5、关于IO的问题。430单片机IO设置是最弱的,大部分没有上下拉电阻,默认是输入状态,没配置IO就容易出功耗问题,ST的相对好的多,51的IO默认的51状态有上拉电阻,没用到的脚不去配置也不会出问题。空的IO我之前喜欢配置成输出0状态,最近在用STM8S看了下代码发现喜欢配置成上拉输入状态,STM8S没下拉电阻,STM32有,配置成下拉输入状态更好些,不小心碰到不会对外输出电流。

题外话:关于单片机的低功耗模式之前没深入了解STM32,最近才发现进最低功耗的STANDBAY模式RAM中数据对丢失,这点不如8位机,之前用STC的51和STM8系列从不担心ram数据丢失的问题。看STM32L系列进最低功耗也有这个问题,只是可以掉电保的RAM区域分的更多,更大。

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