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Optimiser la consommation d'énergie grâce au silicium dans les applications de détection sur microcontrôleur

Mai 14, 2012 | Rasmus Christian Larsen, Directeur Support & Formation, Energy Micro
Optimiser la consommation d'énergie grâce au silicium dans les applications de détection sur microcontrôleur
La conception d'une architecture basse consommation est un exercice qui nécessite une bonne compréhension du logiciel, de la plate-forme matérielle et de l'application afin de minimiser la consommation énergétique d'un système embarqué. Il est en effet facile de gaspiller de l'énergie si l'on ne trouve pas le juste équilibre entre les avantages et inconvénients respectifs d'un  traitement essentiellement logiciel (et donc flexible) et une implantation matérielle, plus contraignante certes, mais souvent plus éco-efficace. D'autant que de subtiles modifications de l'implantation matérielle peuvent engendrer des variations importantes de la consommation énergétique globale. La conception d’un microcontrôleur (MCU) basse consommation vise généralement à maintenir son activité à un niveau faible, afin que le processeur au cœur du système passe le plus clair de son temps en mode veille. Cette approche a prouvé sa grande efficacité au sein de compteurs d’eau, de gaz ou d’électricité, là où le cœur de processeur peut rester en mode veille pendant 99% du temps sur la totalité de son cycle de vie. Le processeur se réveille uniquement pour récupérer les données fournies par les capteurs, habituellement à des moments préprogrammés, ou pour réagir à de rares interruptions non prévues. L’importance du niveau d’activité peut être appréciée par une analyse de la variation de consommation d’énergie d’un MCU en fonction de ses besoins énergétiques en mode veille. Le temps est en effet l’ennemi de toute application alimentée par pile dont l’autonomie doit être élevée, car même des niveaux de consommation apparemment faibles deviennent significatifs sur de longues périodes d’activité.  Durant les périodes d’activité, la puissance consommée par toute fonction logique est donnée par la formule CV²f, où C est la capacité totale des chemins de données dans le circuit, V la tension d’alimentation et f la fréquence de fonctionnement. La formule s’est légèrement complexifiée à cause de la  désactivation d’horloge (clock gating) dont l’usage s’est généralisé dans la plupart des cœurs de processeur modernes. Cette technique limite les activités de commutation dans les portes logiques non utilisées en désactivant le signal d’horloge dans ces circuits. Néanmoins, même approximative, la formule donne une bonne idée de la puissance consommée à l’état actif.



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