CESA-2021-3-007《特定场景下的微控制器低功耗水平评价方法》团体标准（征求意见稿）

ICS03.080.01

CCSA01

团体标准

T/CESAXXX-202X

特定场景下的微控制器

低功耗水平评价方法

Evaluationmethodofmicrocontrollerlowpowerconsumptionlevelin

specificscenarios

（征求意见稿）

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中国电子工业标准化技术协会发布

T/CESAXXX-202X

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国电子技术标准化研究院提出。

本文件由中国电子技术标准化研究院、中国电子工业标准化技术协会归口。

本文件起草单位:

本文件主要起草人:

Ⅲ

T/CESAXXX-202X

引言

微控制器产品的功能众多、应用范围广泛，市场上有数以千百计的生产厂家，而微控制器作为

一种重要的元器件，使用这些产品的二次开发厂商更是不计其数。在这些最终产品中，低功耗特性

是一个很普遍的需求，对此，微控制器生产厂家们采用了多种创新的技术，例如深度睡眠、外设设

备数据的主动传输和计算等。

目前市面上的微控制器产品种类众多，但彼此之间往往是功能相似，但实现细节大不相同，进

而导致不同的产品的开发环境、控制模式也各不相同，不同芯片在性能和功耗水平上有不同的取舍。

在这些因素限制下，很难通过一个方法对多数产品进行一个公平的比较。

Ⅳ

T/CESAXXX-202X

特定场景下的微控制器低功耗水平评价方法

1范围

本文件规定了在若干特定场景下对微控制器芯片的进行低功耗水平的测试指标、测试方法和要

求，适用于微控制器芯片。本文件只规定微控制器芯片在指定的场景下进行基准测试的一般原则。

本文件适用于第三方机构对微控制器芯片进行性能测试与评估，也适用于微控制器芯片产品的

采购、设计。

2规范性引用文件

下列文件中内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该注日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）

适用于本文件。

GB/T9813.3-2016计算机通用规范第2部分：便携式微型计算

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

微控制器microcontrollerunit

一种在单片芯片中集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）及输入输出（I/0）接

口的集成电路元件。

3.2

微控制器内核core

微控制器的中央处理单元部分，也称作核心（Core）。

3.3

微控制器架构architecture

微控制器内核的设计结构，包含指令结构和存储器结构。目前主要的微控制器架构有ARMv7、

AVR、PIC、8051等。

T/CESAXXX-202X

3.4

微控制器外设peripherals

微控制器内核之外、芯片之内的功能模块，如串口（UART）、串行外设接口（SPI）、模拟数字

转换器（ADC）等。

3.5

通用输入输出generalpurposeinputoutput

微控制器连接到芯片外部的标准接口。

3.6

微控制器开发环境developmentenvironment

微控制器软件开发过程中所需要使用的一系列软件，多为集成开发环境（IDE）。目前主要的微

控制器开发环境有KeilMDK、IAR等。

3.7

独立工作状态independentworkingstatus

不依赖外部条件的自主工作状态。在微控制器的启动、运行、休眠、唤醒等过程中仅由内部的

软件或硬件控制，不与外部的存储器、调试器、上位机等辅助设备连接及通讯。

3.8

最小系统smallestsystem

使微控制器可以工作的最简电路结构。

3.9

工作电压operatingvoltage

微控制器最小系统电源端的电压。

3.10

工作电流operatingcurrent

微控制器最小系统电源端的电流。

3.11

功耗powerconsumption

微控制器消耗能源的功率，包含本身的功耗及必要的外围结构的功耗。

3.12

测试控制器testcontroller

在测试过程中，控制测试流程、收集测试结果的专用装置。

3.13

段落segment

T/CESAXXX-202X

针对一个项目的具体测试过程，是整个测试的最小单元。段落的时长是固定的，被测系统在每

个段落中保持相同的状态。段落之间互相独立。

3.14

章节section

针对一类项目的具体测试过程，由若干段落组成。

3.15

作业量workload

测试任务的完成次数。用作测量时，不满一次的部分向下取整。

4评价原则

微控制器功耗水平评价工作基于以下原则开展：

——公平性。与被评价方和相关当事人没有现存或者预期的利益关系。

——公正性。对被评价方的事实情况进行公正地评价。

——科学性。基于提供的材料，客观准确反映被评价方的实际情况。

——可操作性。具有明确目标、方式、程序和要求。

5评价指标

5.1总则

本标准用于评价若干特定场景下的微控制器低功耗水平的评价方法，所指定的场景包含静态场

景、动态场景及间态场景三个测试大类，每个测试大类由若干小节组成，每个小节包含一个具体的

测试项目，而全部测试项目则组成了测试库，测试库可以根据行业内的进展不断进行扩充。

本标准指定了专用的测试工具及测试流程，需要用户按照相关协议开发测试固件及测试板。

5.2评价指标体系

目前的主要评价指标体系见表1。

表1微控制器芯片低功耗水平测试指标

测试大类测试项目指标说明评价要点

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

基础静态功耗a）可以关闭内核；

静态场景测试芯片的基础静态

测试b）不需要保持内存和寄存器内容；

功耗

c）不需要响应任意唤醒事件；

T/CESAXXX-202X

d）可以关闭Always-On区域（如果有）；

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

a)可以关闭内核；

内容保持功耗芯片在非活动状

b)需要保持内存和寄存器内容；

测试态下保持内容的

c)不需要响应任意唤醒事件；

功耗

d)可以关闭Always-On区域（如果有）；

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

Always-On区a)可以关闭内核；

芯片在非活动状

域功耗测试b)不需要保持内存和寄存器内容；

态下Always-On

（可选）c)需要响应任意唤醒事件；

区域的功耗

d)需要开启Always-On区域；

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试a）循环执行空指令；

基础动态功耗

芯片在活动状态b）可以关闭任意外设；

测试

下的基础功耗本段落中的作业量以被测芯片的主频计

算。

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试a）循环执行指定的算法；

密集计算功耗

芯片处理数据过b）可以关闭任意外设；

测试

程中的功耗本段落中的作业量以目标算法的完成次数

动态场景测试计算。

▪本项使用目标芯片的UART端口进行数据

的发送和接收。

在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

密集IO功耗a）循环发送一段指定的数据；

芯片传输数据过

测试b）循环接收一段定长的数据；

程中的功耗

c）允许内核在空闲时进入低功耗状态；

d）可以关闭任意外设；

本段落中的作业量以数据传输量计算。

模拟信号采集本项目用于测试▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

T/CESAXXX-202X

功耗测试芯片模拟信号采a）循环进行模拟信号采集；

（可选）集过程中的功耗b）允许内核在空闲时进入低功耗状态；

c）可以关闭任意外设；

本段落中的作业量以采集次数计算。

▪本项使用目标芯片的SPI端口连接常见的

flash存储器芯片。

本项目用于测试

拓展存储器访在本段中，芯片需要满足以下要求：

芯片访问外部存

问功耗测试a）循环进行外部flash芯片的读写操作；

储器过程中的功

（可选）b）允许内核在空闲时进入低功耗状态；

耗

c）可以关闭任意外设；

本段落中的作业量以总读写量计算。

▪本项目用于测试芯片的唤醒过程功耗。

用于测试芯片由在本段中，芯片需要满足以下要求：

非活动状态进入a)可以关闭内核；

间态场景测试唤醒功耗测试

活动状态的唤醒b)不需要保持内存和寄存器内容；

过程的功耗水平c)需要响应指定的唤醒事件；

d)唤醒后立即重新进入非活动状态；

6评价程序

6.1评价流程

针对微控制器芯片的低功耗水平测试，可分为自测试与委托测试，自测试由客户自行完成，可

用于调试、摸底等。委托测试由被委托方进行，并由后者对结果的有效性进行保证。

自测试包含以下步骤：

1．为目标芯片制作测试板，测试板上除最小系统（包含必要的阻容、晶振等无源器件）外不应

有其它元器件，测试板引出下列接口：

a）地；

b）电源；

c）测试控制端口（控制UART+RST）；

d）GPIO测试端口；

e）UART测试端口（*）；

f）SPI测试端口（*）；

g）ADC输入端口（*）；

2．将目标测试板与测试装置连接，并启动测试，记录测试结果

注：*表示这些测试是可选的，芯片可以不进行这些测试，如果选择不测试，则这些接口不必连

T/CESAXXX-202X

接，但应保留物理接口以保证兼容性。

委托测试在自测试的基础上额外需要进行委托工作，详细见6.2。

6.2委托

6.2.1评价工作由委托方提出并出具委托表。

6.2.2委托内容应当完整、真实、清晰、可靠，前后表述一致。

6.2.3委托工作包括但不限于以下内容：

a）委托表（参见附录A）：委托表内容包括但不限于委托方、被评价方、评价事项、委托方

声明等信息；

b）提供的材料料：

被测芯片的基本信息、资料。

搭载测试芯片的测试板，测试固件。

6.3受理

6.3.1评价机构进行材料初审，判断提供的材料是否达到开展评价活动的要求。委托材料不齐全

的，委托方应组织补正；委托材料齐全且具有相符性，评价机构予以受理。

6.3.2评价机构应识别委托方的评价目的。

6.3.3评价机构应根据委托材料确定评价形式。

6.3.4委托表作为技术服务合同中的内容。

6.4组织评价

6.4.1评价机构应在评价合同签订且资料齐全后，21个工作日内组织完成评价。

6.4.2评价机构在开展评价活动过程中应充分体现和保证评价工作的公正性。

6.4.3评价机构应根据所受理评价企业和行业的特点和评价目的及工作需要，确定具体评价指标

和评价方式。评价采用技术评测、数据分析和专家评估相结合等方式开展。

6.4.4专家评估可采用会议、通讯或征询意见等方式。

6.4.4评估专家应符合以下要求：

a)3以上（单数）专家，根据实际评价需要，从技术、管理、财务、投融资等方面选取专家，必

要时可从产业链上下游选取相关负责人作为专家；

b)应遵守国家法律法规和社会公德，具有严谨的科学态度和良好的职业道德。应熟悉国家相关

T/CESAXXX-202X

产业政策，对技术、产品、市场、风险等方面能够做出独立判和评价，对评价结论负责；

c)应具有高级技术职务或职称，具备较高的判断力。应对专业领域有较丰富的理论知识和实践

经验，熟悉国内外该领域产业、技术发展等状况；

d)与被评价方、利益相关人无利益关系或无直接行政隶属关系。

6.4.5测试指标描述

6.4.5.1功耗

功耗的单位是瓦特(Watt)。

指执行测试期间的被测系统平均功耗。对被测系统在执行测试期间（以段落为单位）的功

耗情况进行记录，最终通过计算得到该硬件的平均功耗情况。

计算公式:

功耗=工作电压×工作电流（平均值/积分值）

6.4.5.2作业量

在动态测试章节中，由于不同的微控制器芯片性能不同，使用作业量修正性能差别造成的

功耗差别。

计算公式:

单位功耗=功耗×单位作业量/作业量

6.5评价报告

6.5.1评价结束后，评价机构应编制形成评价报告。评价报告内容应包括评价事项、评价指标、

评价过程、评价内容和评价结论等。评价报告应加盖评价机构印章，并书面反馈委托方。

6.5.2评价机构应对评价报告进行归档保存。

T/CESAXXX-202X

附录A

(资料性)

特定场景下的微控制器低功耗水平评价委托表样式

特定场景下的微控制器低功耗水平评价委托表

企业名称

法定代表人

统一社会信用代码

被评价方注册地址

业务范围

座机手机

联系人

传真邮箱

名称

地址

委托方

座机手机

联系人

传真邮箱

委托方自愿委托评价工作，并承诺所组织提供的相关证明、资料真实、有效，复

印件和原件一致。同意基于所提供的材料和法律允许的其他方式查询获得的资料为基

础，开展评价工作。评价报告仅供委托方和约定的其他使用方使用。因使用评价意见

而导致意外或造成损失，委托方或相关使用方自行责任。

委托方声明

委托方（负责人签字/盖章）：

年月日

所附资料

T/CESAXXX-202X

附录B测试框架

(资料性)

测试框架说明见图B.1。

图B.1测试框架

测试装置在测试过程中与被测芯片连接并监视后者的工作状态，其中，两者的连接如下表所示：

表B.1测试连接

名称类型来源

地电源测试装置

电源电源测试装置

测试控制信号数字测试装置

*GPIO数字被测芯片

*UART_Tx数字被测芯片

*UART_Rx数字测试装置

*SPI

数字被测芯片

（包含CSN、SCLK、MOSI、MISO）

*ADCin模拟测试装置

T/CESAXXX-202X

测试装置用于执行测试流程并测量测试结果，其包含以下部分：

a）可编程电源，用于产生被测芯片的工作电压；

b）数字电流计，用于测量被测芯片的工作电流；

c）测试控制器，用于控制被测芯片执行测试流程；

d）*数字总线接口：与被测芯片连接，用于数字通讯功能测试；

e）*波形发生器：与被测芯片连接，用于模拟功能测试；

f）*SPIFlash芯片：与被测芯片连接，用于相关功能测试；

测试装置工作规范如下列所示：

1.可编程电源

可编程电源模块受测试控制器控制，用于产生被测芯片的工作电压。

电气参数：

a）电压输出范围：0到5000mV；

b）电压控制精度：≤1mV；

c）电流输出范围：0到40mA；

2.数字电流计

数字电流计模块用于测量被测芯片的工作电流，其工作状态分为高精度模式和低精度模式

两档，测量结果由测试控制器读取。

电气参数：

a）电流测量范围（高精度模式）：0到4000nA；

b）电流测量范围（低精度模式）：0到40mA；

c）电流测量精度（高精度模式）：≤1nA；

d）电流测量精度（低精度模式）：≤10uA；

3.测试控制器

测试控制器模块用于控制被测芯片执行测试流程，并收集测试数据。

测试控制器通过目标芯片上的一个独立的UART端口与其通信，目标芯片内的测试固件响应

测试控制器的命令以执行测试流程。

（详细内容）

4.数字总线接口（*）

数字总线接口模块与被测芯片连接，用于测试目标芯片的数字管脚相关的功能。其包含两

个部分：

数字输入端口：

数字输入端口连接到被测芯片的“GPIO测试”项目相关的端口，读取目标的输出

状态。

电气参数：

a）输入电压（逻辑高电平）：≥0.7V;

b）输入电压（逻辑低电平）：≤0.3V;

c）输入电压范围（全部状态）：0到5V；

d）输入电流范围（全部状态）：-10uA到10uA；

逻辑参数：

a）采样率：≥1MHz；

T/CESAXXX-202X

b）通道数量：≥2；

串行通讯端口：

串行通讯端口连接到被测芯片的“UART测试”项目相关的端口，接收芯片的输出

或发送数据到芯片。

电气参数：

a）输入电压（逻辑高电平）：≥0.7V;

b）输入电压（逻辑低电平）：≤0.3V;

c）输入电压范围（全部状态）：0到5V；

d）输入电流范围（全部状态）：-10uA到10uA；

e）输出电压（逻辑高电平）：≥（VSupply-0.1V）;

f）输出电压（逻辑低电平）：≤0.1V;

逻辑参数：

a）波特率：115200bps；

b）类型：全双工主机；

5.波形发生器（*）

波形发生器模块用于产生一路模拟信号，以测试被测芯片的ADC功能。

电气参数：

a）输出电压范围：0到4000mV；

b）输出电压精度：≤1mV；

c）输出电流范围：≤1mA；

d）输出阻抗：50kΩ；

e）转换速度：≥1kHz；

6.SPIFlash芯片（*）

与被测芯片的SPI端口连接，用于相关功能测试。

T/CESAXXX-202X

目次

前言.............................................................................Ⅲ

引言............................................................................Ⅳ

1范围.............................................................................3

2规范性引用文件...................................................................3

3术语和定义.......................................................................3

4评价原则.........................................................................5

5评价指标.........................................................................5

5.1总则...........................................................................5

5.2评价指标体系...................................................................5

6评价程序.........................................................................7

6.1评价流程.......................................................................7

6.2委托...........................................................................8

6.3受理...........................................................................8

6.4组织评价.......................................................................8

6.5评价报告.......................................................................9

附录A（资料性）特定场景下的微控制器低功耗水平评价委托表样式...................10

附录B(资料型)测试框架........................................................11

Ⅱ

T/CESAXXX-202X

特定场景下的微控制器低功耗水平评价方法

1范围

本文件规定了在若干特定场景下对微控制器芯片的进行低功耗水平的测试指标、测试方法和要

求，适用于微控制器芯片。本文件只规定微控制器芯片在指定的场景下进行基准测试的一般原则。

本文件适用于第三方机构对微控制器芯片进行性能测试与评估，也适用于微控制器芯片产品的

采购、设计。

2规范性引用文件

下列文件中内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该注日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）

适用于本文件。

GB/T9813.3-2016计算机通用规范第2部分：便携式微型计算

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

微控制器microcontrollerunit

一种在单片芯片中集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）及输入输出（I/0）接

口的集成电路元件。

3.2

微控制器内核core

微控制器的中央处理单元部分，也称作核心（Core）。

3.3

微控制器架构architecture

微控制器内核的设计结构，包含指令结构和存储器结构。目前主要的微控制器架构有ARMv7、

AVR、PIC、8051等。

T/CESAXXX-202X

3.4

微控制器外设peripherals

微控制器内核之外、芯片之内的功能模块，如串口（UART）、串行外设接口（SPI）、模拟数字

转换器（ADC）等。

3.5

通用输入输出generalpurposeinputoutput

微控制器连接到芯片外部的标准接口。

3.6

微控制器开发环境developmentenvironment

微控制器软件开发过程中所需要使用的一系列软件，多为集成开发环境（IDE）。目前主要的微

控制器开发环境有KeilMDK、IAR等。

3.7

独立工作状态independentworkingstatus

不依赖外部条件的自主工作状态。在微控制器的启动、运行、休眠、唤醒等过程中仅由内部的

软件或硬件控制，不与外部的存储器、调试器、上位机等辅助设备连接及通讯。

3.8

最小系统smallestsystem

使微控制器可以工作的最简电路结构。

3.9

工作电压operatingvoltage

微控制器最小系统电源端的电压。

3.10

工作电流operatingcurrent

微控制器最小系统电源端的电流。

3.11

功耗powerconsumption

微控制器消耗能源的功率，包含本身的功耗及必要的外围结构的功耗。

3.12

测试控制器testcontroller

在测试过程中，控制测试流程、收集测试结果的专用装置。

3.13

段落segment

T/CESAXXX-202X

针对一个项目的具体测试过程，是整个测试的最小单元。段落的时长是固定的，被测系统在每

个段落中保持相同的状态。段落之间互相独立。

3.14

章节section

针对一类项目的具体测试过程，由若干段落组成。

3.15

作业量workload

测试任务的完成次数。用作测量时，不满一次的部分向下取整。

4评价原则

微控制器功耗水平评价工作基于以下原则开展：

——公平性。与被评价方和相关当事人没有现存或者预期的利益关系。

——公正性。对被评价方的事实情况进行公正地评价。

——科学性。基于提供的材料，客观准确反映被评价方的实际情况。

——可操作性。具有明确目标、方式、程序和要求。

5评价指标

5.1总则

本标准用于评价若干特定场景下的微控制器低功耗水平的评价方法，所指定的场景包含静态场

景、动态场景及间态场景三个测试大类，每个测试大类由若干小节组成，每个小节包含一个具体的

测试项目，而全部测试项目则组成了测试库，测试库可以根据行业内的进展不断进行扩充。

本标准指定了专用的测试工具及测试流程，需要用户按照相关协议开发测试固件及测试板。

5.2评价指标体系

目前的主要评价指标体系见表1。

表1微控制器芯片低功耗水平测试指标

测试大类测试项目指标说明评价要点

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

基础静态功耗a）可以关闭内核；

静态场景测试芯片的基础静态

测试b）不需要保持内存和寄存器内容；

功耗

c）不需要响应任意唤醒事件；

T/CESAXXX-202X

d）可以关闭Always-On区域（如果有）；

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

a)可以关闭内核；

内容保持功耗芯片在非活动状

b)需要保持内存和寄存器内容；

测试态下保持内容的

c)不需要响应任意唤醒事件；

功耗

d)可以关闭Always-On区域（如果有）；

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试

Always-On区a)可以关闭内核；

芯片在非活动状

域功耗测试b)不需要保持内存和寄存器内容；

态下Always-On

（可选）c)需要响应任意唤醒事件；

区域的功耗

d)需要开启Always-On区域；

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试a）循环执行空指令；

基础动态功耗

芯片在活动状态b）可以关闭任意外设；

测试

下的基础功耗本段落中的作业量以被测芯片的主频计

算。

▪在本段中，芯片需要满足以下要求：

本项目用于测试a）循环执行指定的算法；

密集计算功耗

芯片处理数据过b）可以关闭任意外设；

测试

程中的功耗本段落中的作业量以目标算法的完成次数

动态场景测试