中心議題：

• 降低能源消耗

解決方案：

• EFM 32 Gecko從喚醒到關機的時間減到最少
• 綜合單芯片的功能集
• 自主外圍設備繞過CPU以節約電源

對一個嵌入式係統而言
， 20年nian的de電dian池chi壽shou命ming乍zha一yi看kan是shi一yi個ge不bu現xian實shi的de目mu標biao。畢bi竟jing，對dui日ri常chang生sheng活huo中zhong隨sui處chu可ke見jian的de電dian池chi供gong電dian產chan品pin，再zai充chong電dian之zhi間jian的de時shi間jian是shi用yong小xiao時shi來lai衡heng量liang的de，而er我wo們men的de看kan法fa還hai受shou到dao“待機時間”和“通話時間”（針對手機而言）等deng指zhi標biao的de影ying響xiang
，盡jin管guan這zhe些xie指zhi標biao在zai實shi踐jian中zhong很hen難nan達da到dao。電dian池chi壽shou命ming是shi以yi年nian數shu來lai測ce量liang的de，可ke以yi延yan長chang到dao幾ji十shi年nian
，不bu過guo隻zhi對dui擴kuo大da了le的de產chan品pin類lei別bie才cai行xing得de通tong
，包bao括kuo溫wen度du傳chuan感gan器qi和he其qi他ta環huan境jing監jian測ce裝zhuang置zhi、住(zhu)宅(zhai)及(ji)商(shang)業(ye)樓(lou)宇(yu)自(zi)動(dong)化(hua)傳(chuan)感(gan)器(qi)以(yi)及(ji)安(an)全(quan)和(he)醫(yi)療(liao)係(xi)統(tong)。這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)之(zhi)間(jian)的(de)共(gong)同(tong)點(dian)是(shi)
，它(ta)們(men)必(bi)須(xu)在(zai)沒(mei)有(you)外(wai)接(jie)電(dian)源(yuan)


，也(ye)沒(mei)有(you)操(cao)作(zuo)員(yuan)幹(gan)預(yu)的(de)情(qing)形(xing)下(xia)長(chang)期(qi)運(yun)行(xing);還因為無法進入或成本的原因，電池無法更換。這些產品的性質也決定了它們所用的電池必須要小;通常不可以通過增加容量來獲得額外的使用壽命。它們需要從電源類別如“能源敏感”的應用中得到最長的使用壽命。

在一般使用過程中，許多電池的貨架壽命不會超過10年，但紐扣電池的耐力較長
，雖然紐扣電池的壽命可預計為20 - 25年，設計者還是必須把電池的自放電率納入其計算中。

能源敏感的應用必須最大限度地使用電池提供的所有電荷。設計會圍繞一個微控製器進行
，而很長的電池壽命是可能做得到的

，因為，在一個典型的應用中

，MCU會在度深睡眠模式中花掉大部分時間。低占空比本身不足以確保達到長電池壽命的目標，必須優化MCU操作的每個方麵以使用最低的電源量。

32位內核將從喚醒到關機的時間減到最少
Energy Micro的節能“Gecko”EFM- 32微控製器采用一個ARM Cortex - M3的32位內核
，如圖1所示。乍一看這似乎與最低功耗的需要有矛盾：低功耗的MCU一直在通過使用成熟的8位內核的最新版本設法盡量減少MCU內核的門數
，盡管事實上，它們的處理能力幾乎不能滿足今天許多應用的需要。 現代的32位內核可以提供一個非常有效的選擇; 它采用今天的IC設計師們使用的全套低功耗設計技術，使Energy Micro公司可以生產出一個ARM Cortex - M3內核來運行來自閃存的典型應用代碼，使用的電量隻有180µA/MHz。認ren真zhen使shi用yong這zhe些xie相xiang同tong的de技ji術shu可ke保bao證zheng數shu字zi測ce量liang正zheng確que，下xia降jiang到dao低di的de時shi鍾zhong速su率lv
，而er不bu僅jin是shi一yi個ge峰feng值zhi性xing能neng數shu字zi。在zai達da到dao性xing能neng目mu標biao時shi將jiang某mou個ge應ying用yong調tiao到dao最zui大da功gong率lv是shi個ge重zhong要yao因yin素su。M3內核采用既定的Thumb2指令集架構
，產生出非常緊湊的低內存代碼，進一步降低了電源需求。 [page] 32位內核的計算能力對Gecko MCU所采用的節能策略是很重要的，可以概括為盡量少地喚醒微控製器：當dang它ta被bei帶dai出chu深shen度du睡shui眠mian模mo式shi時shi，要yao盡jin快kuai執zhi行xing所suo要yao求qiu的de處chu理li任ren務wu
，采cai用yong任ren何he給gei定ding任ren務wu真zhen正zheng需xu要yao的de最zui少shao資zi源yuan，然ran後hou再zai回hui到dao深shen度du睡shui眠mian中zhong。通tong過guo對dui電dian荷he單dan元yuan的de思si考kao- 產品的電流和時間，如圖2所示
， 可以在最大程度上優化電池壽命。32位(wei)內(nei)核(he)是(shi)一(yi)個(ge)優(you)越(yue)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，不(bu)僅(jin)因(yin)為(wei)它(ta)本(ben)身(shen)就(jiu)是(shi)低(di)功(gong)耗(hao)
，而(er)且(qie)因(yin)為(wei)它(ta)可(ke)以(yi)在(zai)較(jiao)少(shao)的(de)微(wei)秒(miao)中(zhong)完(wan)成(cheng)處(chu)理(li)任(ren)務(wu)。實(shi)際(ji)上(shang)
，要(yao)增(zeng)加(jia)該(gai)裝(zhuang)置(zhi)在(zai)深(shen)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)下(xia)花(hua)費(fei)的(de)任(ren)務(wu)周(zhou)期(qi)比(bi)例(li)
，電(dian)流(liu)水(shui)平(ping)低(di)至(zhi)20nA（以最低的
，完整的關斷模式）或900nA（保持通電複位和掉電檢測，加上實時時鍾，並保留RAM內容和CPU狀態）是很有意義的。
綜合單芯片的功能集
一體化是限製電源的一個重要因素。由於一整套片上外圍設備

，Gecko CPU形成了一個有絕對最低的外部元件的係統基礎。其內核包括片上閃存（達128 KB）和RAM（達16 KB），有1係列的串行接口包括UART（標準和低功耗），USARTs和 I2C

，其多個數字I / O達到了90個引腳;幾個不同的定時器/計數器模塊也將產生PWM輸出，而模塊包括模擬/數字和數字/模擬轉換器。其它的片上硬件不僅包括一個用來直接驅動1個4x40段顯示器的LCD控製器模塊，也包括一個為AES加密的加速功能。

低功率應用越來越多 –例如, 手持終端設備 – 要求數據加密;節能MCU包括的模塊將處理加密和解密128 - 或256位密鑰，體現了降低功率的整體戰略。Cortex - M3內核可以隨時執行AES功能，但其它硬件支持軟件程序的速度要快20至80倍，因此控製器內核可在較少時間內變得活躍。

事實上，隻是簡單提到MCU的主動或深睡眠模式還過於簡單化;一係列的五級操作配置使設計師能精確地將設備的處理能力與任何時刻的應用計算需要匹配 在一起

，隻使用最低的基本電流去完成一個特定的任務，見圖3。同樣
，任何外圍設備都可以在不需要時完全關閉。 和非常省電的邏輯一樣重要
，芯片上的每個混合信號模塊也以最小的功率達到了很高的性能。 8通道，12位ADC在全分辨率時隻用了200 µA和1 Msamples/秒的轉換率，使用6位分辨率和1 ksample/秒樣品的較簡單的測量隻用了500 nA。12位DAC在500 ksamples/秒時也隻用了200µA,。其它混合信號功能
，如內部電壓調節器和欠壓檢測器也同樣有效。

自主外圍設備繞過CPU以節約電源
盡管有一個高效的32位處理器內核資源
，Energy Micro公gong司si的de設she計ji人ren員yuan認ren識shi到dao在zai典dian型xing應ying用yong中zhong還hai有you很hen多duo功gong能neng沒mei有you達da到dao全quan麵mian的de處chu理li能neng力li
，如ru果guo在zai待dai機ji狀zhuang態tai下xia

，即ji使shi是shi最zui節jie能neng的de內nei核he也ye會hui使shi用yong較jiao少shao的de電dian源yuan。和he標biao準zhun的de32位一樣，ARM架構總線與芯片上所有的功能性模塊互聯
，一個輔助總線或互連矩陣被稱為外圍設備反射係統。如圖4所示
，使用該互連，外圍設備就能從ARM內核中與外圍設備溝通，無任何幹擾。

以一個溫度傳感器為例，它每分鍾都要收集數據
，但隻是每隔一小時或每隔一天報告一次 - 或當它積累了一定的數據量時。芯片可以保持睡眠狀態

，而計時器每分鍾通過外圍設備反射係統開始其ADC轉換。 然後DMA控製器不需要啟動CPU就將結果移到了RAM。然後
，在更長的時間間隔內，內部定時器可單獨喚醒主要內核

，運行適當的通信協議並上傳累計的測量數據。

係統設計采用EFM- 32 MCU, 得到了一個開發平台的支持，實現了通過應用代碼詳細測量能源消耗的哲學思想。到MCU的電流被先進能源監視器采樣和集成
，放出來自電源的充足電荷
，使設計師們能用他們的代碼探索和優化不同的節能戰略。