name: power-profiler description: 嵌入式系统功耗测量与分析专业知识。与功耗分析工具集成，用于测量、分析和优化电池供电及节能设计中的功耗。 allowed-tools: Read, Grep, Write, Edit, Bash, Glob, WebFetch, WebSearch

功耗分析专家技能

用于嵌入式系统功耗测量、分析和优化的专家技能。提供与功耗分析工具的集成以及对低功耗设计技术的深入专业知识。

概述

功耗分析专家技能支持对嵌入式系统进行全面的功耗分析，包括：

功耗分析工具集成（Otii Arc, Nordic PPK2, Joulescope）
电流测量配置与校准
功耗模式转换分析
电池寿命估算计算
功耗曲线比较与趋势分析
外设功耗贡献分析
睡眠模式漏电识别
单次操作能耗测量

能力

1. 功耗测量配置

配置和校准功耗测量硬件：

// 示例：配置 Otii Arc 功耗分析仪
const powerConfig = {
  analyzer: 'otii-arc',
  sampleRate: 4000,        // Hz
  currentRange: 'auto',     // auto, low (uA), high (mA)
  voltageOutput: 3.3,       // 供电电压
  triggerMode: 'gpio',      // gpio, serial, manual
  triggerPin: 'GPI1'
};

2. 功耗状态分析

分析不同工作状态下的功耗：

## 功耗状态分析

| 状态 | 平均电流 | 持续时间 | 能量 |
|-------|---------------|----------|--------|
| 活跃 | 15.2 mA | 50 ms | 760 uJ |
| 处理 | 45.3 mA | 10 ms | 453 uJ |
| 无线发射 | 120 mA | 5 ms | 600 uJ |
| 睡眠 | 2.5 uA | 935 ms | 2.3 uJ |
| **总周期** | - | 1000 ms | **1815.3 uJ** |

平均电流：1.815 mA
电池寿命（1000 mAh）：551 小时（23 天）

3. 功耗模式转换分析

识别和分析功耗状态转换：

唤醒延迟测量
进入睡眠时序
转换能量开销
意外唤醒检测
功耗状态序列验证

4. 外设功耗贡献

按外设分解功耗：

## 外设功耗分解

| 外设 | 工作电流 | 睡眠电流 | 贡献度 |
|------------|----------------|---------------|--------------|
| MCU 核心 | 8.5 mA | 1.2 uA | 35% |
| 无线模块 (BLE) | 6.2 mA | 0.5 uA | 25% |
| 传感器 | 3.8 mA | 0.8 uA | 16% |
| 显示屏 | 4.2 mA | 0.1 uA | 17% |
| 其他 | 1.5 mA | 0.4 uA | 7% |

5. 电池寿命估算

计算不同使用场景下的预期电池寿命：

// 电池寿命估算参数
const batteryEstimate = {
  batteryCapacity: 230,     // mAh (CR2032)
  dutyCycle: {
    activePeriod: 100,      // ms
    sleepPeriod: 9900,      // ms
    transmitCount: 1        // 每周期
  },
  currentProfile: {
    active: 15.0,           // mA
    sleep: 2.5,             // uA
    transmit: 120.0         // mA
  },
  derating: 0.85            // 85% 容量利用率
};

// 计算结果：2.3 年电池寿命

流程集成

此技能与以下流程集成：

流程	集成点
`power-consumption-profiling.js`	主要执行 - 所有阶段
`low-power-design.js`	测量和验证阶段
`real-time-performance-validation.js`	功耗预算验证

工具集成

支持的功耗分析仪

工具	特性	连接方式
Otii Arc	高精度，自动化 API	USB, REST API
Nordic PPK2	源/安培计模式	USB, nRF Connect
Joulescope	实时流式传输，触发器	USB, Python API
Keysight N6705C	多通道，高精度	GPIB, USB, LAN
Qoitech Otii	云集成，共享	USB, Otii Desktop

数据导出格式

CSV 时间序列数据
JSON 功耗曲线
PNG/SVG 可视化图表
交互式 HTML 报告
Otii 项目文件 (.otii)
Joulescope 捕获文件 (.jls)

工作流程

1. 设置测量环境

# 验证功耗分析仪连接
otii-cli device list

# 配置测量参数
otii-cli project create \
  --name "power-profile-$(date +%Y%m%d)" \
  --voltage 3.3 \
  --current-range auto

2. 捕获功耗曲线

# 使用 GPIO 触发器开始录制
otii-cli recording start \
  --trigger gpio:GPI1:rising \
  --duration 10s

# 或使用串行触发器
otii-cli recording start \
  --trigger serial:START \
  --stop-trigger serial:STOP

3. 分析结果

# 导出测量数据
otii-cli recording export \
  --format csv \
  --output power-data.csv

# 生成统计信息
otii-cli statistics \
  --markers state:active,state:sleep \
  --output stats.json

4. 生成报告

该技能生成全面的功耗分析报告，包括：

关键指标的执行摘要
按状态划分的功耗分解
转换时序分析
电池寿命预测
优化建议
与目标/基线的比较

输出模式

{
  "summary": {
    "averageCurrent_mA": 1.815,
    "peakCurrent_mA": 120.0,
    "sleepCurrent_uA": 2.5,
    "estimatedBatteryLife_hours": 551
  },
  "powerStates": [
    {
      "name": "active",
      "current_mA": 15.2,
      "duration_ms": 50,
      "energy_uJ": 760
    }
  ],
  "transitions": [
    {
      "from": "sleep",
      "to": "active",
      "latency_us": 125,
      "energy_uJ": 1.2
    }
  ],
  "peripheralBreakdown": {
    "mcu": { "active_mA": 8.5, "sleep_uA": 1.2 },
    "radio": { "active_mA": 6.2, "sleep_uA": 0.5 }
  },
  "recommendations": [
    "将无线发射功率降低 3dB 以节省 15% 能量",
    "在睡眠期间启用外设时钟门控"
  ],
  "artifacts": [
    "power-profile.csv",
    "power-report.html",
    "waveform.png"
  ]
}

最佳实践

测量设置

使用开尔文检测连接进行精确的电压测量
最小化分析仪与待测设备之间的导线长度
确保分析仪的电源稳定
测量前允许热稳定

校准

每次会话前进行零偏移校准
使用已知负载验证测量精度
记录测量不确定度

分析

使用标记识别功耗状态
与功耗预算要求进行比较
跨固件版本跟踪功耗指标
记录测量条件

参考资料

Nordic PPK2 用户指南
Joulescope 用户指南
Otii Arc 文档
“物联网电源管理” - ARM
低功耗设计方法手册

MCP 服务器集成

用于增强功能的兼容 MCP 服务器：

服务器	用途
`embedded-debugger-mcp`	协调调试探针与功耗测量
`serial-mcp-server`	串行触发器同步
`tinymcp`	设备状态监控

另请参阅

low-power-design.js - 低功耗设计实施流程
power-consumption-profiling.js - 完整的功耗分析工作流程
AG-006: 功耗优化专家代理