Ameba省電模式前編－認識基礎概念

文章導覽

作者：陸向陽

對Maker而言，能看到自己的作品正確動作，例如燈號亮、馬達轉動，就會很有成就感。但進一步的，Maker可能希望作品能夠移動、能夠攜帶、能長時間在沒有插頭的環境中運作，這時就必須用電池。

但電池電力有限，如果作品很耗電，電池幾小時或幾天就耗盡，會很令人洩氣，甚至讓作品變得不實用，例如希望小孩隨身攜帶一個紫外線感測警告器，出門5小時，但3小時就沒電，使用性大打折扣。這時就要考慮使用「省電模式」。

相信各位都知道，離開客廳到臥房就寢前，會把客廳的燈關掉，或煮好菜離開廚房時，短時間不會再進廚房，就會把廚房的燈關掉，以此節約能源。

其實，晶片或電路的省電方式也是這樣的，整片電路板可以當成一個房子，房子以很多隔間，例如廚房、客廳，在電路上這種隔間被稱為島區（Island），只是不易用肉眼看出島區的分隔界線，但具體的電路圖上可以知道。

區分成數個島區的用意就在，一旦確定哪個島區的電路暫時不用運作，就停止供電給那個島區（類似生活上的關燈），需要使用時再恢復供電，長時間如此，電路板的總體用電量便可以下降。

電路如此，晶片也一樣，晶片內其實就是微小化的電路，也是分幾個島區，對於暫時不使用的功能電路加以斷電，使整體晶片達到省電。

有了「島區靈活供電、斷電」概念後，進一步要說的是，目前無論晶片或電路，在島區的劃分上，其實沒有一致的標準，每個晶片商依據自己晶片的特性，而有不同的島區規劃設計。

另外，晶片同時間要關閉幾個島區一樣是各自為政，晶片商通常設計出幾個模式，例如A模式關閉1個島區，B模式關閉3個島區等，並為各種省電模式命名，例如瞌睡（Doze）、睡眠（Sleep）、暫眠（Suspend）、冬眠（Hibernation）等。

除了同時關閉的島區多寡，構成多種省電模式外，晶片商提供多種模式的用意也在於，晶片商不知道購買晶片的人如何運用晶片？會用晶片設計出怎樣的電路？所以提供多種省電模式給人選擇。

另外，不同的省電模式，因為關閉的島區數目不同，要離開省電模式，並回到正常運作，所需要的時間也不同，有的設計需要很快跳離省電模式，就會選擇反應較快，但省電程度較少的省電模式，反之也有人需要很省電的設計，就會使用很省電，但進入與離開時間較久的模式。

除了省電程度、進出省電模式的反應速度外，還要考慮一些細節，例如晶片內的記憶體島區一旦停止供電，資料就會消失，所以必須在進入省電模式前，將資料搬移到其他可儲存的區域，之後再搬回來。類似的，晶片也有I/O接腳的島區，若停止供電，則晶片對外部電路的控制也就無法維持。

所以，理論上關閉越多島區可以越省電，但也要考慮各種運作情境，不過這已經是比較Pro的電子工程師在管，Maker暫時不用理會，迫不得已再進一步去瞭解。

說了很多基礎概念，希望愛好Ameba的Maker能更瞭解Ameba的省電模式。Ameba其實也有多種模式，但最主要有兩個，一是睡眠模式（Sleep），另一是深眠模式（Deep Sleep）。

深眠的省電效果比睡眠好，但缺點是幾乎整個晶片都停擺，前者雖然沒有深眠模式來的省電，但卻可以讓Wi-Fi通訊保持運作。

無論要使用睡眠或深眠，都需要在程式的一起頭就含括（include）一個檔案，即PowerManagement.h，而如同前述，晶片的省電模式是各業者各自為政的，這個頭檔（head，指 .h檔）、含括檔，就只能供Ameba使用，其他晶片不適用。

進一步的，要使用睡眠模式，函式指令為PowerManagement.sleep()，若是要用深眠模式則為PowerManagement.deepsleep()。

函式指令還牽涉到要輸入的參數，也牽涉到一些電路設計，例如對UART、SPI、I2C等介面可能要保留相鎖迴路（Phase Lock Loop, PLL），省電模式的進入、離開也稍有不同，這些將有待後述。

從電子科系畢業後，即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色，並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。