[STM32]功耗研究报告1：指令功耗

前提：

STM32F429IGT6开发板，有基础功耗。

3.3V供电，不开超载，VOS为默认的Scale 1模式，室温20摄氏度。

系统时钟168M，AHB时钟168M，APB2高速外设时钟84M，APB1低速外设时钟42M。

电流测试设备精度1mA。

实验环境实拍图片

跳转指令数据结论：

1、BX 比 B 低12mA， BLX 比 BL 低13mA

2、B 比 BL 低1mA，BX 比 BLX 低1mA

3、B 比 B.W 低2mA

4、【B Lable】的等效命令【LDR R0,=Lable】【BX R0】。相同的时间内，后者比前者低9mA，但是后者要慢一半速度。在裸奔的main里面，经常有while(1);这种语句，用后者实现功耗会小很多。

赋值指令数据结论：

1、MOV R0, R0

2、MOV R0, R0 比 MOV R0, R1 低1mA

3、MOV R0, R0 比 MOV R0, PC 要低4mA

4、MOV R0, #0x12 和 MOVT R0, #0x12 功耗相同

5、MOV R0, #0x12 比 LDR R0, [PC, #256] 要高8mA

6、MOV R0, R1 比 LDR R0, [PC, #256] 高2mA

7、LDR R0, [PC, #256] 比 LDR R0, [PC] 要高4mA

8、LDR R0, [PC, #imm] 立即数imm为4的倍数时，imm越大，功耗越高。

9、LDR R0, [PC, #imm] 立即数imm不为4的倍数时，功耗急剧增加。（只为2的倍数也会急剧增加）

10、LDR R0, [R1] 比 LDR R0,[PC] 要高13mA，因此尽量用相对于PC的加载读取内存

11、LDR R0,[R1] 和 STR R0,[R1] 功耗相同，即内存读写功耗在mA精度上相同。

指令所在地址和功耗的关系，数据结论：

1、指令都是顺序执行的，只有跳转指令能够实现一直在同一地址执行。因此本结论只针对跳转指令，其他指令可能适用可能不适用。

2、指令地址和功耗的关系以16字节循环：地址结尾是0，功耗最低；结尾是2，功耗更高；随着地址的增加，功耗呈现波动形，但是都肯定比0地址的要高。

3、B {PC} 指令，在不同地址的功耗，以0地址开始，地址递增2，对应的电流如下：

92， 94， 93， 94， 96， 98， 104， 104， 下一个循环 92， 94 ... ...

4、B {R5}指令，R5指向本条指令的地址。以0地址开始，递增2，对应电流如下：

82， 83， 83， 83， 91， 92， 122， 121， 下一个循环 82， 83 ... ...

5、分析3,4可看到，指令处于0地址功耗最低，处于2,4,6地址的时候，功耗增加不多，后续地址功耗急剧增加。

软件开发指导结论：

1、BX和BLX可以完全取代B和BL。实现相同的功能，BX需要额外一个寄存器赋值的操作，消耗时间和功率都会比B要多。但是在相同时间内，BX实现方式的功耗要更低。如果某段代码，执行越快越有用，则优先用B，比如采集计算的代码。如果某段代码，不需要执行效率，则用BX，比如main里的while(1)，又比如IDLE任务。

2、LDR R0, [PC, #imm] 方式给寄存器赋值，功耗，空间和速度都比用MOV方式要好，因此优先使用。LDR R0, =0x12这种伪指令会生成MOV R0,0x12指令，在对功耗要求较高的情况下不要使用，需要自己分配文字池实现。遗留问题：编译器是否有选项可以强制LDR R0, =0x12生成LDR指令？

3、自己分配文字池，保证所有常量的存放地址和使用地址比较近。保证LDR R0, [PC, #imm]中的imm尽量小。

4、LDR和STR读写命令必须是4的倍数。CORTEX-M3支持非对齐访问，但会导致运行时间和功耗的成倍增加。

5、运行频率最高的代码段，比如高频中断，SYSTICK中断，常用逻辑等，使用汇编优化编写。

6、频率非常高的指令，放在16字节对齐的位置。

实例，芯片初始化完成后跳转到main函数：

优化和功耗对比

相关代码：

链接：https://pan.baidu.com/s/1pED2qo1brgQx5Mxovds8Uw

提取码：ngy1

下一篇，功耗研究报告2，电源，频率，VOS等对功耗的影响。敬请期待。

閱讀更多 數學之聲 的文章

關鍵字: 指令 编译器 裸奔