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如何讓第五代樹莓派待機用電精省達96%?

   

作者:陸向陽

圖1 第五代樹莓派的電路布局圖(圖片來源:維基百科)

許多Maker都知道樹莓派單板電腦一代比一代強,所謂的強即是運算效能愈來愈快、運算資源愈來愈多。雖然一代比一代強,但價格、尺寸、用電等方面仍盡可能相容或節制。

在價格方面,Model B很長一段時間官宣價格都維持在35美元以下,一直到第四代才因RAM記憶體容量增加才提升;尺寸方面Model B也一直都維持在85 x 56mm的長寬(以Model B為準),但開始增加高度需求;用電也盡可能節制,不過隨著效能提升還是增加了,第四代的官方變壓器(變壓器比較是生活俗稱,比較正式點的稱法是電源配接器Power Adapter)約15W,第五代則是來到27W了!

附註:要提醒的是,不是說變壓器到15W、27W就表示樹莓派會把瓦數耗盡,而是最尖峰可以提供如此高瓦數的用電,如果樹莓派本身有接鍵盤,則會透過變壓器額外抽取電能給予鍵盤,其他如加裝擴充卡、USB隨身碟、耳機等也是如此。

如何讓待機用電精省達96%?

第五代即便處於待機(standby)狀態也會耗挺多的電力,約1.29W(或有文章表示在1.2W~1.6W間),這1.29W有一些是用在LED燈號的持續閃爍上,還有保留一些電力以便能喚醒(從待機重回正常運作)主控晶片,如果又有連接擴充板卡(稱為HAT),即便全機進入待機狀態,對板卡的3.3V供電已經停止,但透過USB介面的5V供電還是會持續,也就會持續耗電。

因此,如何能大幅降低RPi 5的待機電力呢?有人想到修改RPi 5的組態檔案(configuration file,configuration對岸一般翻譯成配置)來實現,首先是打開並編輯組態檔,命令列為:

sudo rpi-eeprom-config --edit

(或是只下-e也是可以)

此命令可以開啟並編輯RPi 5主機板上的EEPROM記憶體組態資料,然後從檔案內容中找到一行:

POWER_OFF_ON_HALT=0

將這行最後的0改成1,然後存檔,然後重新開機,重新開機就會重新讀取EEPROM記憶體內的組態資料,這時待機用電就可以大幅降低,網路上的測試結果分享,可以從1.2948W降低到0.0498W(另有文章測試可低至0.01W),大省96%以上。

圖2 Maker圈的大人物Jeff Geerling測試的結果可以低到0.01W(圖片來源:Jeff Geerling官網)

第四代樹莓派的設定法

不僅RPi 5可以如此,已經挺耗電(與前三代相比)的RPi 4也可以,一樣是透過修改EEPROM的組態檔來實現,但手法再繁複一點,還要關閉GPIO接腳的喚醒功能才行,一樣是先開啟與編輯檔案,一樣是把POWER_OFF_ON_HALT=0改成1,然後再修改一行:

WAKE_ON_GPIO=0(這一行在RPi 5裡頭還是可見,但已經無作用)

修改後一樣存檔、重新開機,就可以得到顯著的待機省電效果,約可以省10mA。省電的好處是,若有一些Maker專案是攜帶型的、是用電池運作的,可以有較長的待機時間、使用時間。

除上述外也還有其他的省電方法,持續以RPi 4為例的話,也可以編修作業系統(SD記憶卡)內的組態檔(路徑與檔名為/boot/config.txt),把RPi 4上的4組LED燈號都給關閉,在組態檔內加入以下內容:


 # 關閉電源LED燈號
dtparam=pwr_led_trigger=none
dtparam=pwr_led_activelow=off
# 關閉運作LED燈號
dtparam=act_led_trigger=none
dtparam=act_led_activelow=off
# 關閉乙太網路運作LED燈號
dtparam=eth_led0=4
# 關閉乙太網路連線LED燈號
dtparam=eth_led1=4

關閉4組燈號又可以再省下2mA~10mA左右的電力,相同招式也可以用於RPi 3B+上,但乙太網路燈號的數字略有不同,要把4改成14才行。

或者同樣在/boot/config.txt內也可以限定主控晶片的運作時脈藉此限制功耗,例如最高不讓其超過900MHz:


[all]
arm_freq=900
arm_freq_max=900

其他招式例如使用headless setup無頭設定,但這是在樹莓派沒有使用鍵盤、滑鼠、螢幕下才可以,例如把樹莓派純當網路伺服器用,只要能網路收發即可,這樣也可以更省電。類似的想法也可以透過指令或組態檔編修而單獨關閉無線收發晶片(Wi-Fi、藍牙),約可以再節省40mA電流消耗。

結尾

最後回到第五代樹莓派,即便使用了上述的省電技巧,也不會影響到第五代樹莓派首次引進的即時鐘(Real-Time Clock, RTC)系統,而看門狗計時器(Watch Dog Timer, WDT)等也一樣不受影響,都能正常運作。

或許往後會有個競賽,看誰能讓樹莓派待機最久、運作最久的競賽,筆者當兵時有個學長非常瘦,學長說他在大學時是太陽能車競賽的駕駛員,競賽方式是車子在載人情況下如何盡可能拉遠航程。

為了能勝出,必須考慮太陽能板發電效率、蓄電池重量與電容量、馬達效能、車身強度與重量等各方面的實現設計,人當然也要盡可能輕瘦以利於拉遠航程,這類型的挑戰通常可以刺激發展各種子系統技術的精進,並非純然無意義,而軟體參數的最佳化也是手段之一。

陸向陽

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Author: 陸向陽

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。

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