使用直接内存访问减少能源消耗

嵌入式系统所消耗的能量，尤其是电池操作的设备，例如IoT传感器节点，可能是该设备成功实现其目的还是陷入默默无闻之间的区别。开发人员可以使用许多低功率最佳实践，例如：

· 使用中断并避免进行投票

· 利用夜间睡眠

· 关闭未使用的外围设备和时钟

· 限制系统时钟

· 采用自主外围设备

嵌入软件开发人员可用的最大工具也许是直接内存访问(DMA)。

DMA为嵌入式开发人员提供了一种有效的方法，可以在无CPU中间的情况下传输微控制器周围的数据。在资源约束的应用程序中，DMA可以允许CPU处理重要的任务，而DMA也许是从UART读取数据字节并将其放置为以后处理的数据字节。对于有兴趣最大化能源消耗的开发人员，可以将CPU放置在低功率模式下，从而使DMA可以以较低的能量水平传输数据!毕竟，CPU是微控制器上所有最饥饿的设备之一。

让我们考虑一个简单的示例，其中IoT传感器节点将使用数字转换器(ADC)定期采样模拟传感器。开发人员可以通过几种不同的方式获取传感器数据，每种数据都会以不同的方式影响系统消耗的能量。首先，我仍然经常看到的实现就是简单地进行轮询并等待转换完整的标志。该代码看起来与下面的代码非常相似：

void sampleSensors(void){for(sensor= 0;sensor<MAX_SENSORS; p }}}< [sensor]="adc_get_result(sensor);" sensor_data while(!adc_conversion_complete); ++){adc_channel_convert(sensor); senser>

当然可以以周期性的速度调用此功能，并将采样各种模拟传感器，但效率非常低。 While语句基本上正在等待ADC转换完成标志，并且CPU不断检查以查看是否可以继续前进。即使在一个小48 MHz微控制器上，该软件体系结构也会燃烧很多周期。

从被调查的方法中提起的下一步是使用ADC中断。开发人员使用CPU启动ADC样本，然后在等待ADC完成时脱离执行其他代码或进入睡眠状态。 ADC转换完成后，中断会唤醒微控制器，并将样品存储在数据缓冲区中。

void adcinterrupt_handler(void){sensor_data [sensor] = adc_get_results(sensor);}

这种方法比投票要高得多，但要真正最大程度地减少能源使用情况，开发人员需要使用DMA。

我发现最节能的方法是利用DMA通道将所得的ADC转换转换为SRAM。首先，开发人员将DMA控制器源设置为ADC转换数据缓冲区。必须设置要传输的字节数，并且通常是两个字节的倍数。接下来，开发人员必须设置SRAM位置的地址，该位置存储用于处理的ADC示例数据。最后，可以将DMA配置为当ADC转换标志完成时(通常在中断发射时)时传输数据。

在大多数情况下，开发人员可以使用低功率计时器在CPU睡觉时启动ADC转换。随着CPU入睡，传感器采样和数据存储的整个过程是在低能状态下在幕后完成的!仅当将足够的数据输入缓冲区并准备好处理时，CPU才醒来。使用低功率计时器和直接内存访问(DMA)，开发人员可以执行传感器采样和数据存储，而处理器保持低功率状态。

开发人员第一次使用DMA控制器时，它似乎有些令人生畏。这似乎很复杂，但是DMA的使用不仅可以显着提高能源效率，还可以提高数据吞吐量。任何有兴趣开发低功率设备或电池操作设备的开发人员都应熟悉其特定的MCU DMA控制器。