লো-পাওয়ার মোড ও স্লিপ স্টেট

১ · সক্রিয় থেকে স্ট্যান্ডবাই — স্লিপ-মোড হায়ারার্কি

বেশিরভাগ আধুনিক মাইক্রোকন্ট্রোলার একাধিক পাওয়ার মোড সমর্থন করে, যেগুলো মোটামুটি একটি সাধারণ প্যাটার্ন অনুসরণ করে — যত গভীরে যাওয়া হয়, তত বেশি সার্কিট্রি বন্ধ হয়, কারেন্ট ড্র তত কমে, কিন্তু আবার সক্রিয় হতে (ওয়েক আপ করতে) তত বেশি সময় লাগে। ঠিক কয়টি মোড থাকবে, প্রতিটির নাম কী, এবং কোন মোডে ঠিক কতটুকু পেরিফেরাল/মেমরি সচল থাকে — এসব চিপ-ভেন্ডর অনুযায়ী আলাদা হয়; নিচের চারটি ধাপ একটি সাধারণীকৃত (generic) মডেল, কোনো নির্দিষ্ট চিপের ডেটাশিট নয়।

সংক্ষেপে প্রতিটি ধাপ:

• সক্রিয় (Active) — CPU পূর্ণ ক্লক স্পিডে চলছে, সব পেরিফেরাল সচল। সর্বোচ্চ কারেন্ট ড্র, কিন্তু কোনো লেটেন্সি নেই — তাৎক্ষণিকভাবে যেকোনো কাজ করা যায়।
• আইডল/স্লিপ — CPU কোর ক্লক থেমে যায় (তাই ইনস্ট্রাকশন এক্সিকিউশন বন্ধ), কিন্তু বেশিরভাগ পেরিফেরাল (টাইমার, UART, ইন্টারাপ্ট কন্ট্রোলার) সচল থাকে, তাই যেকোনো ইন্টারাপ্টে দ্রুত জেগে ওঠা যায়।
• ডিপ স্লিপ — মূল ক্লক সোর্স (PLL/হাই-স্পিড অসিলেটর — L07-এ দেখা হয়েছে) বন্ধ হয়ে যায়, অনেক পেরিফেরালও বন্ধ থাকে। কারেন্ট ড্র অনেক কম, কিন্তু জেগে উঠতে (ক্লক স্টেবিলাইজ হতে) কিছুটা সময় লাগে, এবং কিছু রেজিস্টার/RAM কনটেন্ট হারাতেও পারে (চিপ-ভেদে আলাদা)।
• স্ট্যান্ডবাই/হাইবারনেট — প্রায় সবকিছু বন্ধ, শুধু একটি ছোট low-power RTC (Real-Time Clock) এবং ওয়েক-আপ পিন/টাইমার সার্কিট সচল থাকে যা ভবিষ্যতে চিপকে আবার জাগাতে পারে। সর্বনিম্ন কারেন্ট ড্র, কিন্তু জেগে ওঠা প্রায় একটি নতুন রিসেটের (L07) মতোই — বেশিরভাগ স্টেট হারিয়ে যায়।

২ · গড় কারেন্ট — শুধু "সক্রিয় কারেন্ট" যথেষ্ট নয়

একটি ডিভাইস ধ্রুবকভাবে একটিমাত্র মোডে থাকে না — এটি সময়ের সাথে বিভিন্ন মোডের মধ্যে ঘুরে বেড়ায় (এই প্যাটার্নকে ডিউটি সাইকেলDuty Cycleএকটি পুনরাবৃত্ত সময়কালে ডিভাইস কোন মোডে কতটুকু সময় কাটায় তার প্যাটার্ন। বলা হয়)। বাস্তব ব্যাটারি খরচ নির্ভর করে এই পুরো সাইকেলের সময়-ওজনযুক্ত (weighted) গড় কারেন্টের উপর — শুধু সক্রিয় মোডের কারেন্টের উপর নয়। সূত্রটি হলো:

$$ I_{avg} = \frac{\sum_i I_i \times t_i}{\sum_i t_i} $$

অর্থাৎ প্রতিটি মোডের কারেন্ট ($I_i$) কে সেই মোডে কাটানো সময় ($t_i$) দিয়ে গুণ করে সবগুলো যোগ করা হয়, তারপর মোট সময় দিয়ে ভাগ করা হয় — একটি সাধারণ ওয়েটেড এভারেজ। M34-এ এই একই সূত্রকে ব্যাটারি-ক্যাপাসিটির সাথে মিলিয়ে সম্পূর্ণ ব্যাটারি-লাইফ এস্টিমেশনে নেওয়া হবে।

নিচের কোড সেলে একটি বাস্তবসম্মত উদাহরণ সিমুলেট করা হয়েছে — একটি সেন্সর নোড প্রতি ১০ সেকেন্ডে একবার জেগে উঠে ৫০ মিলিসেকেন্ড সক্রিয় থাকে (রিডিং নেয়), তারপর সংক্ষিপ্ত সময় আইডল মোডে ট্রানজিশন করে, বাকি সময় ডিপ স্লিপে কাটায়। এখানে দেওয়া কারেন্ট মানগুলো সাধারণভাবে উদ্ধৃত ইলাস্ট্রেটিভ মান — কোনো নির্দিষ্ট চিপের ডেটাশিট থেকে নেওয়া সংখ্যা নয়।

# ইলাস্ট্রেটিভ কারেন্ট ড্র (মিলিঅ্যাম্পিয়ার, mA) -- একটি সাধারণ মাইক্রোকন্ট্রোলারের জন্য
# সাধারণভাবে উদ্ধৃত উদাহরণ মান, কোনো নির্দিষ্ট চিপের ডেটাশিট নয়
CURRENT_ACTIVE_MA    = 25.0    # সক্রিয়: CPU ফুল স্পিডে, সেন্সর পড়ছে
CURRENT_IDLE_MA      = 6.0     # আইডল/স্লিপ: ওয়েক-আপ ট্রানজিশনের সময়টুকু
CURRENT_DEEPSLEEP_MA = 0.005   # ডিপ স্লিপ: প্রায় সব বন্ধ, শুধু RTC/ওয়েক-আপ সার্কিট সচল


def weighted_average_current(segments):
    """segments: [(mode_name, current_mA, duration_ms), ...]
    একটি সম্পূর্ণ সাইকেলের সব সেগমেন্টের সময়-ওজনযুক্ত গড় কারেন্ট (mA) হিসাব করে।
    রিটার্ন করে (avg_current_mA, cycle_duration_ms)।"""
    cycle_ms = sum(duration for _, _, duration in segments)
    weighted_sum = sum(current * duration for _, current, duration in segments)
    return weighted_sum / cycle_ms, cycle_ms


# ডিউটি সাইকেল: প্রতি ১০,০০০ ms (১০ সেকেন্ড) পরপর --
#   ৫০ ms সক্রিয় (রিডিং নেওয়া) + ২০ ms আইডল (ওয়েক-আপ ট্রানজিশন) + বাকি সময় ডিপ স্লিপ
CYCLE_MS = 10_000
ACTIVE_MS = 50
IDLE_MS = 20
DEEPSLEEP_MS = CYCLE_MS - ACTIVE_MS - IDLE_MS

duty_cycle = [
    ("সক্রিয়",      CURRENT_ACTIVE_MA,    ACTIVE_MS),
    ("আইডল",        CURRENT_IDLE_MA,      IDLE_MS),
    ("ডিপ স্লিপ",    CURRENT_DEEPSLEEP_MA, DEEPSLEEP_MS),
]

avg_current_ma, period_ms = weighted_average_current(duty_cycle)

print(f"ডিউটি সাইকেল (প্রতি {period_ms} ms):")
for name, current, duration in duty_cycle:
    pct = 100 * duration / period_ms
    print(f"  {name:10s}: {current:8.3f} mA  x  {duration:6d} ms  ({pct:5.2f}% সময়)")

print(f"\nওয়েটেড-এভারেজ কারেন্ট: {avg_current_ma:.6f} mA")
print(f"সবসময় সক্রিয় থাকলে কারেন্ট: {CURRENT_ACTIVE_MA:.3f} mA")

savings_factor = CURRENT_ACTIVE_MA / avg_current_ma
print(f"পাওয়ার সাশ্রয়ের ফ্যাক্টর: {savings_factor:.1f}x কম গড় কারেন্ট (স্লিপ মোড ব্যবহার করার কারণে)")