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）编制说明

中国电子工业标准化技术协会

编制说明

一、工作简况

2021年中国电子技术标准化研究院启动了团体标准《特定场景下的微控制器

低功耗水平评价方法》的研制工作，该标准由中国电子工业标准化技术协会下达

立项通知，立项号CESA-2021-3-007。任务下发后，由中国电子技术标准化研究

院牵头，起草单位包括中国电子技术标准化研究院、南京低功耗芯片技术研究院

有限公司、无锡中感微电子股份有限公司、北京兆易创新科技股份有限公司、北

京芯可鉴科技有限公司、南京邮电大学、上海灵动微电子股份有限公司等单位，

归口单位为中国电子工业标准化技术协会和中国电子技术标准化研究院。

2、主要工作过程：

（一）标准预研

为指导特定场景下的微控制器低功耗水平测试，2021年1月由中国电子技术

标准化研究院牵头，联合微控制研制单位，结合实际应用情况，进行了调研和分

析，初步确定了特定场景下的微控制器低功耗水平测试方案，明确了后续相关的

工作内容，包含测试方法、测试工具及测试内容三大板块。。

2021年3月15日，召开第一次标准研讨会，明确依据ULPMark基准测试的原

理，根据我国现有微控制低功耗水平，确立微控制器功耗测试方法的原理及过

程，通过便携测试装置测试现有微控制器低功耗值，为方便全国所有研制单位测

试奠定基础，不必再需要高精度测量设备，如果需要仲裁测量值及溯源便携装

置，需要使用高精度测量设备。

2021年4月15日-2021年4月16日，召开第二次标准研讨会，明确特定场景下

的微控制器低功耗水平测试的测试场景，分为为静态测试、动态测试及间态测

试，共三个章节。主要原因是因为低功耗微控制器长期处于电池供电状态，其工

作时间较短，休眠时间较长，并且在两个状态转换间消耗的电流较大。

中国电子工业标准化技术协会

2021年6月4日，召开第三次标准研讨会，明确三个大类：静态功耗、动态功

耗及间态功耗，各个测试大类有不同的专注点，每个大类又可以分为若干小类或

直接细化到测试项目，具体如下表：

表1测试项目专注点

类型测试区域专注点

基础静态功耗

静态测试内容保持功耗

Always-On区域功耗

基础动态功耗

微控制

密集计算功耗

器芯片

动态测试密集IO功耗

模拟信号采集功耗

拓展存储器访问功耗

间态测试唤醒功耗测试

（二）标准立项

2021年6月9日，标准牵头单位中国电子技术标准化研究院，联合南京低功耗

芯片技术研究院有限公司、无锡中感微电子股份有限公司、北京兆易创新科技股

份有限公司、北京芯可鉴科技有限公司、南京邮电大学、上海灵动微电子股份有

限公司等单位在中国电子工业标准化技术协会内正式申请立项，并通过评审。

（三）标准编制

2021年8月12日，召开第四次标准研讨会。讨论了被测芯片在测试时应处于

的工作状态，测试所使用的固件应存储于被测芯片内部的非易失性存储器中，测

试电路中除被测芯片及必要的阻容、晶振等无源器件外不应有其它结构及电气连

接。测试过程中，不得由测试装置以外的设备控制被测芯片或与其通讯。

并且进一步规定了参与测量的部分主要模块，具体有：

a）内核；

b）内存；

c）GPIO；

d）UART；

e）SPI；

f）ADC；

中国电子工业标准化技术协会

2021年10月20日，召开第五次标准研讨会。讨论了测试指标的具体定义，如

功耗、动态测试，进一步明确测试指标定义，为参考标准进行测试的人员都有标

准的定义。

2021年12月13日，召开第六次标准研讨会，明确测试装置要求，具体包含可

编程电源、数字电流计、测试控制器、数字总线接口、波形发生器、SPIFlash

芯片，具体如下：

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；

2022年4月15日-2021年4月16日，召开第七次标准研讨会，根据前期调研结

果，一些微控制器产品根据用途不同，其内部结构也不一样，如有些产品在通讯

接口上不需要SPI接口，有些产品不需要ADC模块等，因此在标准中给出了可选模

块，用*号标记。

3、主要起草人及其所做的工作

本标准由中国电子技术标准化研究院牵头组织编制，参与标准编制的成员单

位有南京低功耗芯片技术研究院有限公司、无锡中感微电子股份有限公司、北京

兆易创新科技股份有限公司、北京芯可鉴科技有限公司、南京邮电大学、上海灵

动微电子股份有限公司等单位。

中国电子技术标准化研究院牵头负责标准化工作的组织、协调和标准文本的

编制工作。其他成员单位提供了标准所涉及的技术内容的材料，并全程参与了技

术细节的讨论。

二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

1、编制原则

在编制标准过程中，遵循了以下四项原则。

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一是遵循国家法律、法规等相关规定，制定过程严格按照程序执行。本标准

的编制过程经历了标准编制筹备阶段、标准草案编制阶段（草案讨论、编制、内

部征求意见、修改、再征求意见等环节），制定过程严格按照国家标准制定程序

要求。目前是到审定稿的意见征求阶段。本标准的编制严格遵循GB1.1《标准化

工作导则——标准的结构和编写》的要求，并使用中国标准编辑器进行文本的编

辑。

二是充分借鉴和吸收国内外相关文献和经验。本标准编制过程中，吸收借鉴

了一些国内外的技术文献和经验，这些内容虽然没有正式成为国内、国际标准，

但已经成为了业内广泛使用的方法、规范。

三是本标准本着立足于通用计算CPU性能基准工具的设计和应用需求，基于

最新的技术方案和业界标准，确保标准满足计算产业的需求和业界技术发展的趋

势。

四是该标准涉及相关方众多，鼓励计算产业链相关单位参与，以确保本标准

规定的内容科学合理，具有普适性。

2、确定主要内容的依据

本标准是针对嵌入式微控制器功耗测量方法的标准，在制订过程中参考了

EEMBC组织的ULPMark基准测试，设计了对微控制器产品的功耗水平测试的方法。

在标准内容的确定过程中，通过调研国内领先的低功耗设计厂商，听取了相关的

意见，对标准中测试内容部分进行了讨论及意见征求，确认了本标准中技术方面

的可行性和合理性，最终形成本审定稿。

主要内容框架如下：

（1）测试目标选择要求：包括被测试的芯片其内核类型、支持的外设与开

发环境等。

（2）基础的电参数要求：包括被测芯片可接受的电气范围、传递信号的端

口参数等。

（3）测试项目：包括所有的测试项目，每个测试项目要指定各自的详细规

范，如测试条件、测试内容、评判条件等。

3、编制过程中解决的主要问题

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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。

2021年，EEMBC组织成立了ULPMark工作组，并开发了针对微控制器产品的

功率和能量的分析测试方法。到目前为止ULPMark推出了三种测试，其中两种用

于深度睡眠，一种用于活动工作负载。这些方法专注于微控制器的常用外设，如

脉宽调制(PWM)、模数转换(ADC)、串行外设接口(SPI)和实时时钟(RTC)。

这些测试的基础是十个一秒的活动槽，每个活动槽具有ADC、SPI、PWM、RTC的

可变使用情况，并允许外围设备在其活动完成后进入睡眠状态，完成后，系统会

根据消耗的能量对芯片进行评分并形成榜单。ULPMark基准测试目前已经发展为

具有全球影响力的统一标准。

但ULPMark基准测试也存在一些不足，由于其应用范围广，为兼顾部分结构

较为简单的低成本产品，其测试项有限、测试内容较为基础，且缺乏拓展性，无

法体现出众多新产品附带的新的高级低功耗特性。同时，由于其指定了固定的测

试内容并且只能提供整个过程中的统一分数，也不便于针对各个功能进行评价，

测试结果缺乏对具体应用的针对性。另外，目前国内在性能测试技术研究及性能

工具研制方面还处在快速发展阶段，亟需编制一批相关标准指导相关性能基准工

具的设计、开发等工作。

标准编制过程中解决的主要问题有：

（1）特定场景下的微控制器低功耗水平测评无标准可依的问题：产业界及

相关组织中缺乏可以参考的现有标准或解决办法，国外的ULPMark基准测试虽然

提供了可参考的测试方法，但由于其本身不是标准，且设计思路上相差较大，在

测试内容方面缺乏可用的参考。

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（2）特定场景下的微控制器低功耗水平测评的兼容性问题：由于应用用途

不同，因此各个研制单位为应用而裁剪的功能模块也不同，因此在标准中明确了

一定要具体的基本的模块，有给出了可选择模块。

（3）特定场景下的微控制器低功耗水平测评须满足哪些技术要求的问题：

就如何规定场景，在此标准中，明确三个大类场景：静态功耗、动态功耗及间态

功耗，各个测试大类有不同的专注点。

针对以上问题，该标准拟结合实际微控制器低功耗水平测评，研究并标准化

微控制器低功耗水平测评技术要求，达到用于实际指导相关性能基准工具的研

制、测试等目的。

三、主要试验[或验证]情况分析

目前已初步完成微控制器低功耗水平测试方法及测试工具，基本上验证了本

标准中相关内容的可操作性，同时随着试验的进行，过程中也积累了一些新的想

法，可以进一步丰富标准内容，完善标准文本。后续，我们会联合业内的多家厂

商对测试内容进行补充。

测试工具的基本框图如下：

四、知识产权情况说明

本标准不涉及知识产权问题。

五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果

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无。

六、转化国际标准和国外先进标准情况

无。

七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性

与现行法律法规以及相关标准中的有关定义协调一致。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

无重大分歧。

九、贯彻标准的要求和措施建议

建议列为推荐性标准，在标准发布后尽快组织标准宣贯、试验验证。

十、替代或废止现行相关标准的建议

无需要替代或废止的现行相关标准。

十一、其它应予说明的事项

无。

《特定场景下的微控制器低功耗水平评价方法》

团体标准编制起草组2022-04-28

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编制说明

一、工作简况

2021年中国电子技术标准化研究院启动了团体标准《特定场景下的微控制器

低功耗水平评价方法》的研制工作，该标准由中国电子工业标准化技术协会下达

立项通知，立项号CESA-2021-3-007。任务下发后，由中国电子技术标准化研究

院牵头，起草单位包括中国电子技术标准化研究院、南京低功耗芯片技术研究院

有限公司、无锡中感微电子股份有限公司、北京兆易创新科技股份有限公司、北

京芯可鉴科技有限公司、南京邮电大学、上海灵动微电子股份有限公司等单位，

归口单位为中国电子工业标准化技术协会和中国电子技术标准化研究院。

2、主要工作过程：

（一）标准预研

为指导特定场景下的微控制器低功耗水平测试，2021年1月由中国电子技术

标准化研究院牵头，联合微控制研制单位，结合实际应用情况，进行了调研和分

析，初步确定了特定场景下的微控制器低功耗水平测试方案，明确了后续相关的

工作内容，包含测试方法、测试工具及测试内容三大板块。。

2021年3月15日，召开第一次标准研讨会，明确依据ULPMark基准测试的原

理，根据我国现有微控制低功耗水平，确立微控制器功耗测试方法的原理及过

程，通过便携测试装置测试现有微控制器低功耗值，为方便全国所有研制单位测

试奠定基础，不必再需要高精度测量设备，如果需要仲裁测量值及溯源便携装

置，需要使用高精度测量设备。

2021年4月15日-2021年4月16日，召开第二次标准研讨会，明确特定场景下

的微控制器低功耗水平测试的测试场景，分为为静态测试、动态测试及间态测

试，共三个章节。主要原因是因为低功耗微控制器长期处于电池供电状态，其工

作时间较短，休眠时间较长，并且在两个状态转换间消耗的电流较大。

中国电子工业标准化技术协会

2021年6月4日，召开第三次标准研讨会，明确三个大类：静态功耗、动态功

耗及间态功耗，各个测试大类有不同的专注点，每个大类又可以分为若干小类或

直接细化到测试项目，具体如下表：

表1测试项目专注点

类型测试区域专注点

基础静态功耗

静态测试内容保持功耗

Always-On区域功耗

基础动态功耗

微控制

密集计算功耗

器芯片

动态测试密集IO功耗

模拟信号采集功耗

拓展存储器访问功耗

间态测试唤醒功耗测试

（二）标准立项

2021年6月9日，标准牵头单位中国电子技术标准化研究院，联合南京低功耗

芯片技术研究院有限公司、无锡中感微电子股份有限公司、北京兆易创新科技股

份有限公司、北京芯可鉴科技有限公司、南京邮电大学、上海灵动微电子股份有

限公司等单位在中国电子工业标准化技术协会内正式申请立项，并通过评审。

（三）标准编制

2021年8月12日，召开第四次标准研讨会。讨论了被测芯片在测试时应处于

的工作状态，测试所使用的固件应存储于被测芯片内部的非易失性存储器中，测

试电路中除被测芯片及必要的阻容、晶振等无源器件外不应有其它结构及电气连

接。测试过程中，不得由测试装置以外的设备控制被测芯片或与其通讯。

并且进一步规定了参与测量的部分主要模块，具体有：

a）内核；

b）内存；

c）GPIO；

d）UART；

e）SPI；

f）ADC；

中国电子工业标准化技术协会

2021年10月20日，召开第五次标准研讨会。讨论了测试指标的具体定义，如

功耗、动态测试，进一步明确测试指标定义，为参考标准进行测试的人员都有标

准的定义。

2021年12月13日，召开第六次标准研讨会，明确测试装置要求，具体包含可

编程电源、数字电流计、测试控制器、数字总线接口、波形发生器、SPIFlash

芯片，具体如下：

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；

2022年4月15日-2021年4月16日，召开第七次标准研讨会，根据前期调研结

果，一些微控制器产品根据用途不同，其内部结构也不一样，如有些产品在通讯

接口上不需要SPI接口，有些产品不需要ADC模块等，因此在标准中给出了可选模

块，用*号标记。

3、主要起草人及其所做的工作

本标准由中国电子技术标准化研究院牵头组织编制，参与标准编制的成员单

位有南京低功耗芯片技术研究院有限公司、无锡中感微电子股份有限公司、北京

兆易创新科技股份有限公司、北京芯可鉴科技有限公司、南京邮电大学、上海灵

动微电子股份有限公司等单位。

中国电子技术标准化研究院牵头负责标准化工作的组织、协调和标