Leistungsgrenzen bei Mikrocontrollern überschreiten

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Anstatt nun die CPU zu unterbrechen, um den ADC zu starten, initiiert das Eventsystem die direkte Abtastung durch den ADC (Event 1 und 2). Die Abtastfrequenz ist somit in Bezug auf den MCU-Takt äußerst genau. Ist der ADC fertig und die Datenwandlung abgeschlossen, steuert der ADC über das Eventsystem den DMA an, um den Wert zu speichern (Event 3 und 4). Dabei wird die CPU nur dann unterbrochen, wenn ein voller Datenpuffer zur Verarbeitung vorliegt.

Determinismus und Latenz

Determinismus spielt bei der Begrenzung der Latenzzeit und der Reaktionsfähigkeit eines Echtzeit-Embedded-Systems eine wichtige Rolle. Ein wesentlicher Faktor, der den Determinismus beeinflusst, ist die Anzahl der Interrupts, die ein System nacheinander abarbeiten muss. Ein einzelner Interrupt sorgt dabei nicht für Probleme hinsichtlich Determinismus und Latenz. Die Herausforderung ist die Einhaltung von Echtzeit-Zeitrahmen, wenn mehrere Interrupts zur gleichen Zeit auftreten.

Je mehr Interrupts vorliegen, desto höher ist die Latenzzeit für Interrupts mit niedrigerer Priorität und der Determinismus nimmt ab. Eine Task mit 50 Zyklen kann z.B. mehrere Male unterbrochen werden und erfordert dann 100 bis 1000 s bis zu ihrer Vollendung. Reduziert man also die Anzahl aufeinanderfolgender Interrupts - selbst die weniger auftretender - durch einen DMA-Controller und ein Eventsystem, so lässt sich der System-Determinismus erheblich verbessern und eine geringere Latenzzeit erzielen.

Um zu veranschaulichen, wie Determinismus die Genauigkeit beeinflusst, stellt man sich die Implementierung eines Leistungsversorgungsbefehls vor, über den der AC-Wirkungsgrad bei der Ansteuerung hoher Lasten wie z.B. Motoren maximiert wird. Da die größte Leistung zu dem Zeitpunkt zur Verfügung steht, wenn die Spannung am größten und in Phase zum Strom ist, sollte das System zu diesem Zeitpunkt den größten Strom ziehen. Umgekehrt ist die Stromaufnahme weniger effizient, je näher sich die Spannung an der geringer verfügbaren Leistung befindet.

Leistungsfaktorkorrektur für mehr Effizienz

Mithilfe einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) verbessert sich der Wirkungsgrad durch das Hinzu- und Wegschalten großer Kondensatoren, welche die Last so anpassen, dass der AC-Strom und die Spannung in Phase bleiben. Um den Nulldurchgang zu erkennen, kommt ein Komparator zum Einsatz. Unter- oder überschreitet die Spannung den eingestellten Schwellenwert, schaltet der Komparator um. Anstelle eines Komparators, der einen Interrupt steuert und die CPU dazu auffordert, die Kondensatoren zu schalten, kann das Eventsystem die Komparatorfunktion direkt am Timer/Counter-Ausgang anwenden und das Umschalten somit ohne CPU-Beteiligung steuern.

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