RISC-V MCU低功耗场景的应用分析

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#物联网 #iot

本文以CH32V203为例，探讨了MCU的低功耗设计及其在智能家居等场景的应用。通过分析不同运行模式下的功耗，展示了高性能MCU如何平衡功耗与性能，并提供了低功耗产品设计的策略。

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CH32V203系列是基于32位RISC-V内核设计的工业级增强型低功耗通用微控制器，高性能，最高支持144MHz系统主频，低功耗，运行功耗低至45uA/MHz。
本文已CH32V203为例，聊聊MCU的低功耗及应用场景。

一、低功耗产品
低功耗产品一般可配置为两类运行状态： 1.平时低功耗，使用时唤醒；2.平常断电，使用时上电。处在第2 类运行状态的产品，其实现低功耗的原理是减小电源供电时间，这类产品主控MCU唤醒的方法可由外挂低功耗协处理单元（LPCU）控制的供电电路来实现。高性能MCU产品通常功耗表现不理想，专用低功耗MCU又难以满足高性能计算需求。功耗与性能这对矛盾的解决，可选用高性能MCU且运行功耗要足够低，同时对产品低功耗方案架构进行优化设计。此类应用场景有很多，如对产品体积要求不严格的指纹、面部识别门锁等智能家居产品。

二、低功耗产品的功耗
我们要设计一款低功耗产品之前，需要测量主控MCU在不同模式运行时的平均电流，或测量在相同模式下运行不同程序的平均电流，表达式为

在程序中编写不同的运行模式代码，使用外接唤醒发生器自动唤醒并运行下一个模式代码。在这种自动化测试方法下，方便实现周期性重复测试多组运行模式下的平

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RISC-V MCU应用教程之低功耗待机模式
Zhu_zzzzzz的博客
07-01 666
以RISC-V MCU CH32V307为例。待机模式（Standby），芯片的运行功耗最低。该模式下，内核处于深睡眠模式（Sleep Deep）, 电压调节器进入停机模式。待机模式唤醒后，MCU将执行电源复位。该模式下的唤醒时间约 8.9ms （LDO稳定时间 + HSI RC时钟唤醒 + 代码加载时间）。此模式下的睡眠电流约为1~2uA。可以通过配置寄存器控制该模式下部分SRAM不掉电，使用变量数据保持，睡眠电流增加约 1.5~2uA 配置方式如下：进入待机模式步骤如下：配置 PFIC_SCTLR 系统
32位低功耗MCU的设计
系统 运维
04-08 944
作者: 新唐科技 1 前言 传统的低功耗MCU设计都是以8位MCU为主，因为8位内核逻辑门数相对较少，运行或泄露电流低，售价也相对低廉。但是，许多新兴的应用都需要比8位内核更大的处理效率。近年智能生活的抬头、物联网的建立，便携式消费性电子产品与无线功能需求越来越高、设计越来越复杂，要提高性能的同时又要兼顾低功耗，需要有一款高性能低功耗的主控MCU来作为平台。另一方面，工业上的智能化也在...
MCU低功耗模式浅析
qq_56483051的博客
02-13 5831
MCU的低功耗有三种，分别是待机模式、睡眠模式以及停止模式。在系统或电源复位以后，微控制器处于运行状态。运行状态下的 HCLK 为 CPU 提供时钟，内核执行程序代码。当 CPU 不需继续运行时，可以利用多个低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源消耗，最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。
国产最低功耗MCU使用分析
qq_42942380的博客
08-11 5334
本人在一家ODM公司从事研发多年，经手过不少项目，根据客户的产品功能要求，或者成本要求，亦或是客户指定的品牌，玩过的单片机不下6-7个品牌，最早在学校帮导师做项目的时候用过avr的，现在基本没什么人用了；后来做一些水表，气表项目用过TI的MSP430，功耗做的是相当好，网上资源方案也算多，可惜价格不接地气；作为ODM方案公司，方案的成本是我们的价值体现，降本方案当时能选的也就是STM8L/STM3...
RISC-V-Reader-Chinese-v2p1_risc-v_RISC-V开源MCU指令集手册_源码.zip
09-30
2. **模块化和可扩展性**：RISC-V架构允许通过添加特定的扩展来增加功能，例如浮点运算、向量运算等，这使得RISC-V能够适应广泛的应用场景，从低功耗微控制器到高性能服务器。 3. **开放源代码**：RISC-V指令集的...
中移芯昇采用芯来内核推出低功耗大容量RISC-V MCU
Vasse的博客
03-29 2635
中移芯昇发布中国移动首款基于RISC-V内核的低功耗大容量MCU芯片—CM32M4xxR系列产品。 该系列产品均采用芯来科技RISC-V N308处理器内核。 芯来N308处理器内核 N308系列32位超低功耗RISC-V处理器面向极致能效比，且需要DSP，FPU特性的场景而设计，非常适合对标ARM Cortex-M4/M4F/M33内核，应用于IoT和工业控制等场景。 N308可根据客户需求进行灵活配置 •支持RV32IMAC指令集 •可配置用户模式和PMP •单周期乘法器 •多周期除
互联型青稞RISC-V MCU CH32V307（产品简介）
内啡肽的快乐的博客
07-13 1272
产品介绍CH32V307是由南京沁恒微电子股份有限公司开发的一款基于32位RISC-V内核的高性能微控制器。
SAFR发布，RISC-V 低功耗大容量 MCU
guhaohao34的博客
09-10 389
其内置 4 个 12bit 5Mbps ADC 模数转换 +2 个 1Mbps 12bit DAC 数模转换 +4 路独立轨到轨运算放大器 +7 个高速比较器，最高支持 24 通道电容式触摸按键，也集成多路 U(S)ART、I2C、SPI、QSPI、CAN 等数字通信接口，带密码算法硬件加速。其宣称已经形成“通信芯片+安全芯片+MCU芯片”的产品体系，已尝试多款芯片的研发，完成了 RISC-V的综合性能评估、SoC 硬件架构适配、基础工具链适配、底层操作系统移植等系列工作。
低功耗物联网IOT传感器七大应用场景
weixin_46632654的博客
06-09 2096
NB-IoT技术七大应用场景NB-IoT技术，属于低功耗广域网的通信技术，其被广泛运用于各大领域。下面为常见的NB-IoT技术七大应用场景。 NB-IoT技术七大应用场景（一)NB-IoT在畜牧业中的应用畜牧业主要分为圈养和放养，中国的北部和西部边疆为主要放牧区。放养的优势在于牲畜肉质品质高、降低饲料成本等，但是随之而来的是在牲畜管理上的诸多不便。人工放牧是最原始和最直接的办法，但是会有一些弊端:1.人工放养需要专人放养，浪费人力2.人工放养有安全隐患，有被野生动物袭击的危险3.人工放养不善于系统性管理利用
低功耗技术在智能硬件上的应用
HaaS技术社区的博客
07-09 1151
1、背景 随着芯片技术的不断发展，CPU的主频越来越高，随之而来的高功耗及发热等问题也日益显现出来，因此低功耗设计也成为了智能硬件中必须面对的重大课题。业界在低功耗的设计方面有许多优秀的实践案例，值得我们借鉴和学习，本文总结了一些经典的低功耗设计方法，同时也会详细阐述AliOS Things在IPC中采用的低功耗方案。 2、智能硬件的低功耗设计 2.1、功耗产生的原因 芯片的功耗可理解为在单位时间内所消耗的电量，因此功耗的高低主要取决于产品中器件或模块消耗电量的大小。 功耗来源分类..
看看应用RISC-V MCU的这些设计方案！
01-09 902
RISC-V的普及和发展必须有庞大的应用开发队伍，方便易用的开发环境和丰富的开发工具是吸引应用开发人员的必要条件，建立完善的生态则是RISC-V取得商业成功的关键。当前RISC-V的热潮...
RISC-V MCU 电源系统概述
RISCVnet的博客
06-17 700
为了提高AD等模拟部分的精度，可以使用独立的电源为VDDA和VSSA供电。 CH32V307VCT6 LQFP100封装的VREF+和VREF-引脚引出，用户可连接一个独立的参考电压用于ADC测量，参考电压范围：2.4V ≤ VREF+≤ VDDA。 其他封装的CH32V307的VREF+和VREF-引脚未引出，在芯片内部与VDDA和VSSA相连。......
STM32低功耗应用
欢迎光临
08-07 1997
说起低功耗的单片机第一个想起来的肯定是MSP430系列单片机，它以极地的功耗和较强的性能占领了低功耗控制、应用领域。但是我不会MSP430单片机，其实也没什么会不会，学学都能用，只是嫌MSP430的开发环境和调试方式和ARM的不一样，嫌麻烦就没有使用过MSP430，用的比较多的单片机还是STM32系列的单片机，虽然是ARM内核，但是由于不能跑Linux系统，还是将其划归为单片机，无所谓，不是所有的应
RISC-V MCU 智能语音物联网家居控制系统
fukua12的博客
08-15 4073
RISC-V MCU 智能语音物联网家居控制系统
RISC-V MCU应用教程之RCC
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03-24 545
简介 CH32V103系列是以青稞V3A处理器为核心的32位通用MCU，该处理器是基于RISC-V开源指令集设计。片上集成了时钟安全机制、多级电源管理、通用DMA控制器。此系列具有1路USB2.0主机/设备接口、多通道12位ADC转换模块、多通道TouchKey、多组定时器、多路IIC/USART/SPI接口等丰富的外设资源。 本章教程为MCO时钟输出，主要通过CH32V103 PA8引脚对外提供时钟，相当于一个有源晶振。 1、RCC简介及相关函数介绍 RCC：复位与时钟控制器（Reset Clock
MCU 低功耗设计
专注于 IOT 物联网的嵌入式研发
05-07 1675
一 前言 经过不断尝试，总算把设备静态功耗做到了 15uA 以下，在间隔 SPI 获取数据，以及无线通信的基础上，平均功耗做到了 25uA 左右，现做下低功耗总结 二 低功耗设计 2.1 控制子模块电路电源 比如 AD 采样电压电路，可以通过 GPIO 对采样电源进行控制，解决不采样时电阻分压电路一直通电增加功耗的问题 2.2 控制 MCU 内部外设 把不需要使用的外设时钟全部关闭，需要时开启 2.3 控制时钟频率 同等时间内，时钟越快，功耗越高 2.4 控制 IO 状态 未用到和悬空的 IO，配置 IO
RISC-V MCU 智能门锁
m0_70260207的博客
08-22 1644
智能门锁
RISC-V MCU--基于嵌入式AI的智能防疫机器人
weixin_55039578的博客
08-15 2656
本项目由CH32V307单片机作为主控核心，物联网模块、视觉模块、语音播报模块通过串口与主控芯片通信，地磁陀螺仪与红外测温模块通过IIC通信协议由主控控制。物联网模块连接局域网通过MQTT协议将数据上传云端，然后工作人员可以在云端数据下发。LVGL嵌入式图形系统进行图形界面设置起到防疫宣传的作用。本项目采用了多种通信方式，旨在充分利用CH32V307单片机的各种资源，达到降低成本的目的。本项目所有的功能都旨在实现智能化、无人化、高效的防疫，减轻人力资源。系统结构图。...
基于RISC-V的低功耗MCU系统框架设计
最新发布
03-20
<think>好的，我现在需要帮助用户设计一个基于RISC-V架构的低功耗MCU系统框架。首先，我得回忆一下RISC-V的特点，尤其是低功耗方面的设计考虑。RISC-V本身是开源的，指令集简洁，模块化设计，这对定制化开发很有优势，特别是低功耗场景。用户提到的参考文献里提到中国厂商在RISC-V芯片上的进展，以及PLIC的寄存器编址方式，这些可能需要整合到系统框架中。 接下来，系统框架的几个核心部分需要考虑：处理器核心的选择、电源管理模块、外设控制、时钟管理、中断控制、存储系统以及软件层面的优化。RISC-V的低功耗MCU通常采用低功耗核心，比如平头哥的E902或者SiFive的E2系列，这些核心支持睡眠模式，动态电压频率调整（DVFS）等。然后，电源管理模块需要设计多级电源域，根据不同模块的使用情况开关电源，比如使用PMU（电源管理单元）来管理各个模块的供电状态。 时钟管理方面，动态调整时钟频率和门控时钟技术是关键，比如在任务不繁忙时降低主频或关闭部分时钟。中断控制器方面，RISC-V的PLIC（平台级中断控制器）需要正确配置，确保低功耗模式下能快速唤醒，同时参考文献2中提到PLIC的寄存器是内存映射的32位宽度，这点需要注意在设计中正确实现。 存储系统部分，可能需要使用低功耗的SRAM或Flash，并利用缓存优化减少访问次数，从而降低功耗。外设控制方面，智能外设管理，比如DMA传输减少CPU干预，以及自动关闭未使用的外设。 软件层面，实时操作系统（RTOS）的任务调度策略，比如空闲任务自动进入睡眠模式，中断唤醒机制。另外，编译优化，比如使用RISC-V的特定编译选项来减少代码大小和提高效率，也能帮助降低功耗。 然后，需要考虑硬件和软件的协同设计，比如在硬件层面提供低功耗特性，软件层面合理调用这些功能。例如，动态电源管理需要软件根据负载调整电压频率，而时钟门控则需要软件在不用外设时及时关闭。 可能遇到的问题包括如何平衡性能和功耗，不同低功耗模式之间的切换延迟，以及中断响应的实时性。需要参考现有的RISC-V MCU设计，比如平头哥或SiFive的方案，看看他们如何处理这些问题。同时，结合参考文献3中提到的Arm Cortex-M55和Ethos-U55的Edge AI设计，可以考虑在RISC-V MCU中加入类似的AI加速模块，但需要注意低功耗的实现。 最后，验证和测试阶段需要使用功耗分析工具，比如仿真和实际测量，确保各个模块在活动模式和睡眠模式下的功耗符合预期。此外，考虑应用场景，比如物联网设备、穿戴设备等，这些场景对MCU的功耗要求极高，系统设计需要针对这些场景进行优化。</think>### 基于RISC-V的低功耗MCU系统框架设计方案 #### 1. **核心架构设计** - **RISC-V处理器核选择** 采用支持低功耗扩展指令的RISC-V核心，例如平头哥玄铁E902或SiFive E2系列。这些核心支持睡眠模式（Sleep Mode）和动态电压频率调整（DVFS），可通过关闭非活跃模块降低功耗[^1]。 - **多级电源域划分** 将系统划分为多个独立电源域，如CPU核心、外设、存储等，通过电源管理单元（PMU）实现动态开关。例如，空闲时关闭外设电源域，仅保留实时时钟（RTC）供电[^3]。 #### 2. **低功耗外设管理** - **智能时钟分配** 使用可编程时钟生成器（如PLL+分频器）动态调整外设时钟频率，并通过门控时钟（Clock Gating）关闭未使用模块的时钟信号。 例如：UART仅在数据传输时开启时钟。 - **DMA驱动的数据传输** 通过DMA控制器实现外设与存储间的直接数据传输，减少CPU干预。例如：ADC采样数据直接存入RAM，完成后触发中断唤醒CPU[^2]。 #### 3. **存储系统优化** - **分层存储架构** 采用“Cache + TCM（紧耦合存储器）”结构： - L1 Cache支持动态容量调整（如从8KB降至4KB以降低静态功耗） - TCM存储关键代码，减少Cache访问次数 $$ \text{总功耗} = P_{\text{dynamic}} \times f_{\text{访问频率}} + P_{\text{static}} $$ - **非易失存储选择** 使用低功耗Flash（如MRAM或ReRAM）并支持睡眠模式，读取电压可降至1.2V以下。 #### 4. **中断与唤醒机制** - **PLIC低功耗配置** 根据RISC-V规范，PLIC寄存器采用内存映射方式（地址0x0C00_0000起），在睡眠模式下仅保留必要的中断使能位（如RTC唤醒中断），其他中断源自动屏蔽。 - **多级唤醒源设计** ```c // 示例：配置RTC为深度睡眠唤醒源 PLIC->ENABLE |= (1 << RTC_IRQ_NUM); // 使能RTC中断 PMU->SLEEP_CFG = DEEP_SLEEP_MODE; // 进入深度睡眠 WFI(); // 等待中断唤醒 ``` #### 5. **软件层优化** - **事件驱动型RTOS** 采用Zephyr或FreeRTOS，配置Tickless模式： - 空闲任务自动调用WFI指令进入睡眠 - 任务调度基于事件触发而非固定时间片 ```c void idle_task() { while(1) { __asm__ volatile("wfi"); // 触发硬件睡眠 } } ``` - **编译优化策略** 使用RISC-V特定编译选项（如`-march=rv32imc -msmall-data-limit=8`）缩小代码体积，减少指令缓存访问次数。 #### 6. **验证与测试** - **功耗仿真流程** 1. 使用Synopsys PrimePower进行RTL级功耗分析 2. 实测典型场景功耗： - 运行模式：< 50μA/MHz - 深度睡眠模式：< 2μA（保留RAM数据） ---
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