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：
静态功耗：和芯片制造工艺相关，通过提升芯片采用的工艺、降低芯片面积等方法，但同时也增加了芯片的成本。
浪涌功耗：开机和唤醒时的瞬时功耗，和芯片本身的启动电流以及和元器件有关。
动态功耗：以上两种超出了本文的讨论范畴，本文主要讨论如何通过软硬件的设计来降低动态功耗。

2.2、降低智能硬件功耗的一般方法

2.2.1、CPU动态调频和调压

对于大多数SoC系统，都可以支持动态调整CPU运行频率和电压，根据当前系统承载的业务，当CPU负载较重时，可以使用较高的运行频率和电压，当CPU处于低业务量或空闲状态时，可降低运行频率和电压，达到降低功耗的目的。

2.2.2、关闭不用的模块和外设

当前SoC系统功能越来越复杂，集成的模块也越发丰富，从GPIO、Uart、SPI，到音视频、网络等。SoC中每个模块都需要一个对应的时钟来保证模块的正常运行，如下图所示的一种简化的SoC的时钟系统，时钟信号的翻转是产生动态功耗的主要原因之一，因此关闭系统不用的模块对于降低功耗也是行之有效的方法之一。

3、基于AliOS Things的低功耗IP Camera

3.1、总体架构

本方案的核心是通过将主控的网络保活等功能释放到wifi模组，在非业务模式下仅保留wifi模组工作，让主控SoC掉电，从而达到降低功耗的目的。wifi模组在主控SoC掉电时和服务器保持连接，当有业务需要进行时，则由wifi模组立即唤醒主控。

3.2、软件设计

3.2.1、主控快速启动

主控的快速启动是实现本低功耗方案的前提，只有能够做到主控快启并快速出图，才能让主控在空闲模式下掉电，从而节省功耗。从内核驱动和用户态应用两个方面对系统的启动速度进行优化：
（1）驱动模块初始化加速
将内核驱动模块做并行化处理，加速系统的启动。在设备驱动在初始化的延时过程中，切换到其他设备的初始化流程，可达到并行化的效果。
（2）应用程序分段加载技术
开机过程中仅加载应用.elf镜像的部分内容到内存中，结合缺页中断等CPU特性，在需要时唤入其他部分，可实现应用程序的分段加载，从而缩短应用的启动时间。

3.2.2、网络链路保活机制

IP Camera在低功耗状态没有主流程业务，但仍需要和服务器之间保持连接状态，当有业务触发时，则可以快速发起业务。本低功耗方案将主控做了掉电处理，因此保活的工作释放给wifi模组进行，由wifi模组周期性向服务器发送保活数据包。

3.2.3、休眠和唤醒方案

从IP Camera的应用场景出发，IP Camera在绝大多数时间内，是不需要启动的，只有当用户通过手机App远程查看视频，或者当Camera检测（一般是红外检测）到有人经过时，才会启动IP Camera进行正常业务。所以让IP Camera的主控在不用的时候进入低功耗模式甚至断电，可以大大增加IP Camera的待机时间。

4、总结

本文介绍了智能硬件中低功耗设计的一般方法，通过降频降压、关闭不用的模块等方法可以达到降低功耗的目的。此外，还介绍了一套基于AliOS Things的IP Camera解决方案，该方案通过实现主控快启，以及关闭主控的方法，实现深度降低IP Camera整体功耗的目的，同时该方案具备很好的可复制性。

开发者支持

如需更多技术支持，可加入钉钉开发者群，或者关注微信公众号。

更多技术与解决方案介绍，请访问HaaS官方网站https://haas.iot.aliyun.com。

低功耗技术在智能硬件上的应用相关推荐

免费报名 | 微软全双工语音对话以及在智能硬件上的应用
微软小冰第六代发布会上正式宣布上线全新的共感模型,同时也开始公测一种融合了文本.全双工语音与实时视觉的新感官.这项新技术可以实时预测人类即将说出的内容,实时生成回应,并控制对话节奏,从而使长程语音交互 ...
软硬整合技术、智能硬件开发与顶层设计应用_课程
来自台湾的高焕堂老师,和来自美国硅谷的柯博文老师,共同指导... 课程名称:软硬整合技术.智能硬件开发与顶层设计应用指导老师:高焕堂.柯博文课程说明: 在智能&大数据时代,系统开发不仅仅攸 ...
百度地图技术赋能智能硬件推动行业安全、智能化发展
近日,百度地图举办了以"位置服务在智能硬件中的应用趋势" 为主题的线上直播活动,百度地图开放平台高级产品设计师.小度高级项目经理为开发者们详细介绍了智能硬件行业背景.趋势及应用案例 ...
AbleCloud与物联智慧战略合作，联合服务视频类智能硬件
北京智云奇点科技有限公司(AbleCloud)与物联智慧股份有限公司(TUTK)签署战略合作协议,双方将从技术提供.市场推广.客户支持等多个层面进行深入友好地合作,共同服务海内外视频类智能硬件,共建物 ...
“语音识别”+“视觉识别” - AI将引爆智能硬件市场科技大佬们是这么认为的？...
三."语音识别"+"视觉识别",接来下混社会要多一门技能 ? 这一波智能硬件在交互模式上的发展,可分为语音和图像两个方向.在2016年语音在智能硬件上的搭载已经 ...
恋物志（一）：网红带货，宠主追捧，2021年宠物智能硬件会火吗？
<消费社会>的开篇,让·鲍德里亚这样写道:今天在人们周围,存在着由不断增长的物.服务和物质财富所构成的惊人的消费和丰盛现象. 这一现象在过去的2020年里,格外瞩目.线下体验不断萎缩,线上 ...
机器视觉python推荐书籍_智能硬件与机器视觉:基于树莓派、Python和OpenCV
前言第1章智能硬件与机器视觉 1.1 机器视觉在智能硬件领域的应用 1.2 智能硬件上的机器视觉技术方案选型 1.3 本章小结第2章树莓派软硬件准备 2.1 刷写系统 2.2 硬件连接 2.3 L ...
智能硬件下一座金矿，儿童市场
儿童市场一直被视为一座金矿,各大智能硬件企业纷纷斥资,试图从儿童智能硬件领域淘金. 一.智能硬件为何瞄准儿童市场传统商业领域有句俗话,老人小孩和女人的钱是最好赚的,儿童市场一直被视为一座金矿,从健康 ...
鲁大师赴港上市，周鸿祎的另一支“奇兵”，暗指智能硬件？
文丨陈选滨来源丨智能相对论(ID:aixdlun) 跑分,是一个信仰. 鲁大师,是一代人的互联网记忆. 作为PC时代的夕阳红,360旗下的测评软件鲁大师终于上市了. 10月10日上午,鲁大师正式登陆 ...

低功耗技术在智能硬件上的应用