На самом деле вопрос делится на два подхода: - мы разрабатываем устройство и ПО к нему. Можем писать собственные тесты. Пример подхода http://caxapa.ru/1070562/
- ПО устройства разрабатывается третьей стороной. Не можем модифицировать ПО для тестов. Тогда требуется спец.измеритель с большим динамическим диапазоном.
Есть ещё вариант: отдельно измерить потребление чёрного ящика в каждом из обнаруженных режимов и отдельно снять временной профиль переходов между режимами. Но такой подход сложнее, чем просто снять профиль потребления кулонометром.