[嵌入式] 嵌入式低功耗电源管理框架设计

概述

本篇的目标是介绍低功耗电源管理框架设计的概念

大多数的嵌入式产品非常注重低功耗设计，尤其近年来，硬件不断的更新换代，处理器的设计越来越复杂，资源也越来越丰富，很多嵌入式产品都开始使用嵌入式操作系统，如RTOS，以降低开发难度，加快产品开发效率，缩短产品交付时间。
电源管理、低功耗管理在多任务的操作系统下，控制与管理起来，会越来越困难，负责功耗的工程师，不仅需要掌握必备的硬件知识，还需要熟悉操作系统，设备驱动，需要设计适合产品的电源管理系统，甚至还需要了解生产测试、熟悉产品的策划、业务，并兼顾性能、功能指标等。
如今嵌入式产品的开发周期、上市周期，都比较短，很多从事Android、PC、Linux、裸机产品开发的工程师，面对低功耗的管理，不仅需要从原理上理解如何管理，还需要动手设计管理框架、功耗测量与拆解、功耗调优的方法的探索与验证，甚至需要与多个领域【谈判】如何兼顾功能、性能等产品指标。
很多嵌入式产品，如一些基于电池供电的可穿戴产品，体积小，电池容量小，根据产品的定义，会把【产品续航】作为一项重要的【卖点】，可能会组织一个团队去攻关【功耗管理】

并不是每个公司在产品开发时，都需要自己开发电源管理框架，因为功耗管理本身是【实践性】的，框架开发一般由参与过功耗管理的人员开发会更实用。开发框架意味着增加了很多的额外工作量与开发周期。
目前部分操作系统，都有默认的PM电源管理框架，不过，并不适合所有产品的功耗管理，可能需要改进、重构以适合特殊产品的功耗管理，如有些产品只需要【睡眠管理】，有些产品还需要【变频管理】。
低功耗电源管理框架，用于功耗的管理，一般用于多任务的操作系统中，为用户提供较好的应用接口（API），用户可以不关心框架本身的运行机制，只需要根据框架提供的功能进行管理即可。这大大减轻功耗管理的工作量，缩短功耗管理周期，用户只需要关心如何调优功耗。
如RT-Thread操作系统，有PM电源管理组件，提供基本的【睡眠】【变频】机制，可以运行【Tickless】，适合大部分产品的功耗管理。
接下来会基于RT-Thread PM框架，开发一个低功耗管理软件包，基于实际功耗管理经验，特点：轻量、易用、敏捷。

前面有些功耗管理的文章，多多少少提到一些基本的概念
必备的【硬件、器件】知识，能动手焊接、拆解、通过硬件手册，了解各个芯片、电源回路的供电方式、特点、功耗组成。
初步的【驱动开发】能力，能熟悉操作系统基本的概念，理解电源管理框架的原理，动手编写功耗调试代码，【拆解功耗】【分析功耗】【调优功耗】
初步的【应用开发】能力，了解业务的基本工作流程，能看懂别人的业务代码，能懂得如何加入功耗管理代码，进行开关逻辑、任务运行与空闲的睡眠控制。
必要的【表达沟通】能力，会与各个领域沟通，完成功耗开发任务。【王者】级别的功耗管理，需要带动整个产品开发线：硬件、生成、测试、驱动、操作系统、GUI、策划、管理层，让他们意识到功耗管理的【重要性】，意识到不搞好电源管理，会带来：开关逻辑不合理、资源不够用、系统卡顿、死机重启、无法正常的开关机、产品变砖、发热发烫、续航短等等各种问题。
实践发现，功耗管理具备以上的几个条件，则产品功耗管理与开发产品其他功能一样，进展会比较的【顺利】

LPMS 管理块，不在使用设备（Device）管理，无须注册设备，无须注册通知【Notify】，无须设置名字。
电源管理采用【化整为零】的思路，拆解为一个个模块，如一个线程或一个外设，只需要一个模块id标识，改为一个bit位，不使用字符串名称。模块id采用【位图】的管理方式，如请求为位置1，释放为位清0，【睡眠】【变频】模式的判断决策更快。