TinyOS2.x中微控制器的能量管理

TinyOS 2.x使用三种基本机制来管理和控制微控制器能量状态：dirty位、基于芯片的低能耗状态计算函数和能量状态重载函数。dirty位决定TinyOS何时计算新的低能耗状态，低能耗状态计算函数完成新低能耗状态的计算，能量状态重载函数允许高层组件根据需要对能量状态提出额外需求。

这三种机制都运行在TinyOS的核心调度循环中。核心调度循环在系统启动时调用。微控制器休眠时，Scheduler.taskLoop（）命令可用。如果调用Scheduler.taskLoop（）命令时，任务队列为空，则TinyOS调度器会通过MsuSleep接口使微控制器进入休眠状态。

McuSleep.sleep（）命令将微控制器置于低能耗休眠状态，此时微控制器可通过中断唤醒。此命令与TinyOS 1.x中的__nesc_atomic_sleep（）不同。注意，在TinyOS 1.x中使微控制器进入休眠模式的操作必须是原子属性的。__nesc_atomic_sleep（）的调用必须在atomic中进行，必须原子性的重新使能中断并进入睡眠。如果系统在重新使能中断后、进入休眠前，系统处理了一个中断，这会带来一个问题：中断可能会提交一个任务，但是任务不会被运行，直到微控制器从休眠中唤醒。微控制器通常使用硬件机制来解决这个问题。例如，在Atmega128上，sei指令在发出该指令两个周期后才会重新使能中断。

McuSleepC组件提供了McuSleep接口，TinySchedulerC组件必须自动地连接McuSleep接口到调度器执行。MsuSleepC组件与使用的芯片或平台有关系，其属性声明需包括以下接口：

1.Dirty位

当硬件表示层组件更改硬件配置时，这种更改可能会改变微控制器的低能耗状态，因此必须调用McuPowerstate.update（）命令。Dirty位通过检测代码在不同存储位置的一致性发现这种更改，从而决定是否计算新的低能耗状态。如果McuPowerState.update（）命令被调用，McuSleep接口必须在调用McuSleep.sleep（）命令再次进入休眠模式之前重新计算低能耗状态。

2.低能耗状态计算

McuSleepC组件负责计算在不干扰TinyOS各子系统操作的情况下，微控制器可安全进入的最节能低能耗模式。McuSleepC组件具有原子属性，因此应避免频繁使用。因为频繁地使用McuSleepC组件（比如在每次中断时）会导致较大的开销和时延抖动。

微控制器的能量状态必须在标准芯片的头文件中用enum定义。这个文件同时需定义一个mcu_power_t的类型和一个combine函数。combine函数可将两个能量状态值合并为一个返回。(www.xing528.com)

例如，假设一个微控制器有三个低能耗模式LPM0、LPM1和LPM2；两个硬件时钟资源HR0和HR1。在LPM0模式，HR0和HR1都处于激活状态。在LMP1模式，HR0处于非激活状态，而HR1为激活状态。在LPM2模式，HR0和HR1均处于非激活状态。组合函数如表6-1所示。

表6-1 LPM2模式下，HR0和HR1均处于非激活状态时组合函数表

如果在LPM2模式，HR0处于激活状态而HR1处于非激活状态，则组合函数如表6-2所示。

表6-2 LPM2模式下，HR0激活态、HR1非激活态时组合函数表

3.能量状态重载

McuSleepC组件计算最佳的低能耗状态时需调用PowerOverride.lowestState（）命令。McuSleepC组件应当有该命令的默认实现，该命令返回微控制器能达到的最节能的低能耗状态。该命令的返回值是一个mcu_power_t类型的状态变量。McuSleepC组件必须将该返回值与计算出的低能耗状态相对应。

高层组件对能量状态有一些特别需求，如系统允许的最大唤醒时延，这些需求是不能从硬件状态和配置寄存器中获取的，所以就有了能量状态重载函数。由于能量状态重载函数可以涉及所有的微控制器能量保持机制，所以使用时必须谨慎。在核心调度循环中，能量状态重载函数PowerOverride.lowestState（）具有原子属性，因此该函数的实现要求尽可能的高效，执行时间不应长于20或30个周期，并返回一个默认值。TinyOS中不可随意地使用这个函数。mcu_power_t组合函数的存在意味着这个命令函数是一个扇出调用。