中心議題：

• 能源用於睡眠模式以及每個操作模式

解決方案：

• Cortex-M3既降低內核功耗又注重支撐架構
• 采用EFM32開發工具包及能源監控係統

能源敏感應用的配置不斷增加，它是指設備必須用一個單一電池長時間運作。通常包括的應用有能源計量、傳感器網絡或環境監測的其它形式，在這些應用中設備的占空比很低，因此希望運行多年而不會受到用戶幹預。

許多這些設備將使用流行的CR2032紐扣電池;一種3V的鋰/二氧化錳原電池。與5.6kΩ負載的2V終點電壓一樣，這些紐扣電池的典型容量為230mAh，相當於約0.5毫安的放電
，這使它們的壽命長達400小時。但是，這種紐扣電池設計具有約為0.25μA的自放電率，這意味著它的保質期會長達20年。 在這兩個極端之間的就是能源敏感的應用;它在低電壓下運行的設備中電流消耗最小, 還提供可靠、可持續的功能。因此，很明顯，任何希望用一個單紐扣電池就實現類似主動壽命的應用都需要能夠將平均需求量維持在約0.25μA。

壽(shou)命(ming)需(xu)要(yao)之(zhi)所(suo)以(yi)要(yao)如(ru)此(ci)長(chang)是(shi)因(yin)為(wei)它(ta)所(suo)涉(she)及(ji)到(dao)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。在(zai)通(tong)常(chang)情(qing)形(xing)下(xia)，這(zhe)種(zhong)新(xin)興(xing)設(she)備(bei)類(lei)別(bie)針(zhen)對(dui)的(de)是(shi)消(xiao)費(fei)者(zhe)
，其(qi)零(ling)售(shou)價(jia)格(ge)支(zhi)持(chi)不(bu)了(le)電(dian)池(chi)更(geng)換(huan)。它(ta)也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)指(zhi)那(na)些(xie)無(wu)法(fa)訪(fang)問(wen)區(qu)域(yu)的(de)配(pei)置(zhi)
，必(bi)須(xu)在(zai)沒(mei)有(you)額(e)外(wai)電(dian)源(yuan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)可(ke)靠(kao)地(di)運(yun)行(xing)多(duo)年(nian)。重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)發(fa)展(zhan)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)
，很(hen)需(xu)要(yao)非(fei)常(chang)低(di)功(gong)率(lv)的(de)綜(zong)合(he)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。
曆史上這些應用都包括一個低功耗微控製器, 任務是提供一切所需的計算能力，同時也負責管理自己的睡眠周期，以節省電力。 微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)數(shu)量(liang)通(tong)常(chang)很(hen)小(xiao)
，它(ta)們(men)的(de)設(she)計(ji)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)了(le)主(zhu)動(dong)功(gong)耗(hao)和(he)被(bei)動(dong)泄(xie)漏(lou)十(shi)分(fen)重(zhong)視(shi)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)設(she)計(ji)，過(guo)程(cheng)特(te)別(bie)像(xiang)節(jie)點(dian)收(shou)縮(suo)。在(zai)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)將(jiang)在(zai)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)下(xia)花(hua)掉(diao)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)時(shi)間(jian)，對(dui)簡(jian)單(dan)充(chong)電(dian)，不(bu)定(ding)期(qi)做(zuo)測(ce)量(liang)的(de)設(she)備(bei)來(lai)說(shuo), 要花掉99.9％的時間並不少見。

因此，這種方法主要集中於降低在那些睡眠時間內保存的電量，在它們能做到的電力保存方麵的技術已經陷入僵局。
人ren們men從cong根gen本ben上shang質zhi疑yi這zhe種zhong做zuo法fa
，因yin為wei它ta能neng實shi現xian的de主zhu動dong功gong耗hao很hen有you限xian，其qi基ji礎chu是shi每mei個ge時shi鍾zhong周zhou期qi要yao求qiu的de電dian源yuan產chan品pin和he完wan成cheng處chu理li任ren務wu所suo需xu的de時shi鍾zhong周zhou期qi數shu。

隨sui著zhe人ren們men對dui正zheng常chang運yun行xing時shi間jian的de要yao求qiu變bian得de更geng長chang了le，該gai行xing業ye正zheng在zai從cong整zheng體ti上shang看kan待dai問wen題ti
，考kao慮lv能neng源yuan如ru何he才cai能neng不bu僅jin用yong於yu睡shui眠mian模mo式shi，而er且qie用yong於yu每mei個ge操cao作zuo模mo式shi。量liang身shen訂ding做zuo的de開kai發fa解jie決jue方fang案an更geng加jia接jie近jin這zhe些xie消xiao耗hao資zi源yuan的de應ying用yong
，使shi產chan品pin的de開kai發fa能neng用yong一yi個ge單dan一yi的de原yuan電dian池chi運yun行xing10年
，15年

，甚至20年。 觀念的改變
由於微控製器的定位，在這個能源敏感的產品範疇內，開發者已經嚴重依賴於8位(wei)設(she)備(bei)。微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)在(zai)執(zhi)行(xing)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)的(de)任(ren)務(wu)時(shi)會(hui)比(bi)較(jiao)有(you)效(xiao)

，所(suo)以(yi)很(hen)自(zi)然(ran)，他(ta)們(men)會(hui)首(shou)選(xuan)為(wei)在(zai)這(zhe)一(yi)新(xin)興(xing)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)而(er)設(she)計(ji)，其(qi)中(zhong)加(jia)工(gong)方(fang)麵(mian)的(de)需(xu)要(yao)首(shou)先(xian)受(shou)到(dao)了(le)限(xian)製(zhi)。然(ran)而(er)，由(you)於(yu)這(zhe)個(ge)市(shi)場(chang)領(ling)域(yu)的(de)發(fa)展(zhan)
，人(ren)們(men)對(dui)處(chu)理(li)能(neng)力(li)的(de)需(xu)求(qiu)日(ri)益(yi)增(zeng)加(jia)，導(dao)致(zhi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)離(li)開(kai)了(le)其(qi)運(yun)作(zuo)的(de)最(zui)佳(jia)區(qu)域(yu)。人(ren)們(men)對(dui)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)數(shu)據(ju)管(guan)理(li)、接口和通訊的需要意味著資源有限的微控製器在性能和能耗方麵不能再提供最高效率了。

當麵對更多處理能力的需要時，自然而然地就會轉移到32位架構。但是這種處理器類別攜帶有較高的晶體管數量，因而有較高水平的靜電/泄漏電源。事實上，ARM Cortex - M3在實施一個非常低的泄漏過程時會配合或提高一個典型的8位微控製器的靜電/泄漏電流數字。

無論是否有靜電泄漏，任何內核在主動處理時所消耗的電源將大大增加整個電源預算。在操作時，Energy Micro在其首個產品係列 EFM32 Gecko中采用ARM Cortex - M3
，其在正常運行的情況下隻消耗了很少的180μA/MHz, 明顯低於其競爭架構或Cortex - M3的其它執行方式。Energy Micro已經通過認真實施低漏電工藝實現了這個目標，並保持了低功耗運行的首要設計目標。

本質上，CMOS晶體管消耗的大部分主動電流發生在切換時。通過開發先進的門控同步時鍾結構，EFM32jiagousuishibaochizuishaodekaiguan，dadajianshaolebubiyaodejingtikaiguanshuliang。zheduizhudongdianyuanjiweiyouxiao，tatongguozongxianjiagouyanshen

，shenzhidaodazhixingchengxuneicundeneihe。gaijiagoudeshejihenfangbianzhijieyunxingshancun，ketongguojianshaofangwenneicunlaijinyibushengdian。

Cortex - M3的另一個顯著優勢是它提供了先進的睡眠模式，在EFM32裏得到了進一步增強。由於這些設備在睡眠模式下花掉了大多數的運行壽命，在睡眠模式下提供盡可能多的靈活度很有意義。EFM32提供5種睡眠模式, 運行模式（EM0）花費了180μA/MHz而關斷模式隻花費20nA（EM4）。

任何微處理器的電源配置包括兩個主要內容
，基線力量 - 包括功能模塊使用的電源，如電壓調節器和電流偏置發生器 – 以及頻率相關因素。Energy Micro的方法是要特別注意基線功耗，在較低的頻率時這些功耗不會不受損，而某些架構會受損。
[page] 以EFM32係列為基礎的Cortex - M3不僅注重於降低內核的功耗，而且注重於支撐架構。功能模塊調製器、比較器和振蕩器在設計時都必須要考慮到應用，移進和移出睡眠模式都要求這些功能模塊也進入省電狀態，不言而喻，睡眠模式越深,它要把一個設備恢複到全速需要的時間越長。 EFM32總共使用6個定製設計的振蕩器，提供快速的喚醒時間，使內核從睡眠模式中更快開始處理。它通過使用僅有0.5微秒啟動時間的內部RC振蕩器來達到這個目的。這使得內核可以更快地從睡眠中喚醒、評估和執行任務 - 因此電源效率比其它設備高。

在(zai)開(kai)發(fa)設(she)備(bei)時(shi)如(ru)果(guo)腦(nao)中(zhong)有(you)這(zhe)樣(yang)的(de)想(xiang)法(fa)，睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)的(de)功(gong)能(neng)就(jiu)會(hui)有(you)最(zui)佳(jia)組(zu)合(he)，在(zai)應(ying)用(yong)開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)中(zhong)為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)最(zui)大(da)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。一(yi)個(ge)更(geng)有(you)能(neng)力(li)的(de)內(nei)核(he)比(bi)不(bu)那(na)麼(me)強(qiang)大(da)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)需(xu)要(yao)的(de)處(chu)理(li)時(shi)間(jian)更(geng)短(duan)，這(zhe)樣(yang)總(zong)電(dian)源(yuan)才(cai)會(hui)降(jiang)低(di)。具(ju)有(you)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)之(zhi)間(jian)快(kuai)速(su)有(you)效(xiao)移(yi)動(dong)的(de)能(neng)力(li)
，其(qi)結(jie)果(guo)其(qi)電(dian)源(yuan)曲(qu)線(xian)大(da)大(da)低(di)於(yu)競(jing)爭(zheng)對(dui)手(shou)的(de)。

為了使開發者能夠最好使用最佳睡眠狀態，EFM32的開發工具包采用一個先進的能源監控係統來完成
，這一設施使用一個從模擬到數字的轉換器來測量係列晶體管的下降電壓, 從(cong)而(er)不(bu)斷(duan)測(ce)量(liang)電(dian)源(yuan)軌(gui)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)被(bei)綜(zong)合(he)起(qi)來(lai)運(yun)用(yong)，準(zhun)確(que)地(di)描(miao)繪(hui)用(yong)了(le)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)的(de)電(dian)源(yuan)，使(shi)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)例(li)子(zi)的(de)低(di)功(gong)率(lv)運(yun)行(xing)得(de)到(dao)了(le)優(you)化(hua)。 Cortex - M3內核能夠執行軟件中的眾多任務，其低功耗運行決定了某些功能仍可以處理更多的硬件電源效率。 為EFM32開發的外圍設備用於自主運作，無需內核的幹預。使用一個複雜的互連矩陣外圍設備反射係統，EFM32的外圍設備能夠執行不喚醒睡眠模式下內核的相對複雜的功能。 在典型應用中，例如它可能經常使用ADC來進行測量。EFM32具有低水平驅動程序庫的特點

，支持Cortex - M3配置自主操作的外圍設備。這樣，一旦配置好了，它們就可以執行許多任務，無需喚醒內核。
使用硬件加速也支持其它處理器密集型功能的卸載，從而加深睡眠狀態。例如
，EFM32實現了硬連線的AES加密塊，這個功能越來越多地被用來保護最普通的數據。盡管AES加密算法不是Cortex - M3的de一yi個ge具ju有you挑tiao戰zhan性xing的de任ren務wu，把ba它ta交jiao給gei一yi個ge硬ying件jian加jia速su塊kuai還hai是shi可ke以yi節jie省sheng更geng多duo的de處chu理li器qi周zhou期qi，因yin此ci，無wu需xu名ming義yi上shang的de彌mi補bu，就jiu能neng代dai表biao更geng多duo的de晶jing體ti管guan數shu量liang。

對dui超chao低di功gong耗hao器qi件jian的de要yao求qiu，加jia上shang有you同tong類lei領ling先xian的de節jie能neng特te性xing的de超chao級ji處chu理li器qi性xing能neng的de指zhi數shu速su度du在zai不bu斷duan提ti高gao，預yu計ji各ge種zhong應ying用yong中zhong將jiang會hui繼ji續xu使shi用yong它ta們men，增zeng加jia它ta們men的de特te性xing。隨sui著zheARM架構的普及
，Cortex - M3的效率和Thumb2指令集的性能產生出令人矚目的解決方案和理想的平台，用於未來超低功耗解決方案的開發。Energy Micro開發低功率解決方案的整體方法將繼續下去
，基於ARM架構和自己在超低功耗設計。