可自動(dòng)運(yùn)行的智能型MCU外設(shè)突破超低功耗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　MCU設(shè)計(jì)采用已有的技術(shù)，可使芯片功耗降低，僅需單一電池即能運(yùn)作10至20年之久，如果在環(huán)境中進(jìn)行能量采集，甚至可以無(wú)需電池。雖然以上技術(shù)得以發(fā)展，但目前的問題在于MCU供貨商能否讓嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員更加彈性的管理電源。

　　一個(gè)更加節(jié)能的方法則是將CPU核心從簡(jiǎn)單的任務(wù)中釋放出來，例如外設(shè)到外設(shè)(peripheral-to-peripheral)的信息傳輸。通過優(yōu)化硬件，以及免去閃存執(zhí)行MCU指令的需求，可減少電流消耗。

　　另外一個(gè)方法是設(shè)計(jì)的MCU能滿足系統(tǒng)級(jí)的功耗限制。若要實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法，則MCU和LCD顯示器、無(wú)線收發(fā)器及傳感器等器件必須具備高效率外設(shè)接口。

　　數(shù)據(jù)傳輸管理器

　　在嵌入式市場(chǎng)中，具有自治式外設(shè)的MCU已越來越常見，但是這樣的自治性有其限制。通常外設(shè)被設(shè)計(jì)用來執(zhí)行單一任務(wù)，例如比較器可監(jiān)控喚醒其余系統(tǒng)的外部引腳。而諸如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)一類較為先進(jìn)的外設(shè)則具有許多自動(dòng)控制的設(shè)置，其中包括多信道掃描、靈活的采樣率，甚至是基本的信號(hào)處理技術(shù)等。然而此類自動(dòng)控制設(shè)置被限制執(zhí)行單一組樣本，然后再喚醒MCU核心來執(zhí)行更進(jìn)一步的處理。在所有的這些情況中，會(huì)有單一外設(shè)執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)，同時(shí)所有或大部分的MCU核心則維持在低功耗狀態(tài)。外設(shè)最多可以通過直接內(nèi)存訪問(DMA)將數(shù)據(jù)直接儲(chǔ)存在內(nèi)存或是從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)。

　　若更進(jìn)一步運(yùn)用自治式外設(shè)的概念，試想如果我們可以將外設(shè)的任務(wù)鏈連在一起，以執(zhí)行較為復(fù)雜的功能，且全部皆不需MCU核心的介入時(shí)，情況會(huì)如何呢?

　　例如，在無(wú)線系統(tǒng)中，原始數(shù)據(jù)在最后被傳遞至無(wú)線電系統(tǒng)并進(jìn)行傳送之前，必須經(jīng)過多重處理。MCU必須先加密原始數(shù)據(jù)、增加錯(cuò)誤修正碼、將封包編碼，并且依據(jù)收發(fā)器的先進(jìn)先出(FIFO)原則，以一個(gè)或多個(gè)突發(fā)(burst)來讓封包通過串行接口。過程如圖1所示。　　

 

　　傳統(tǒng)的MCU解決方案需要CPU經(jīng)常介入，來配置在每個(gè)處理步驟之間的數(shù)據(jù)傳輸。這意味著浪費(fèi)功耗，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/CPU">CPU僅是重復(fù)地根據(jù)中斷指令來配置外設(shè)及直接內(nèi)存訪問通道。相反的，若使用專用且可程序化的數(shù)據(jù)傳輸管理器(DTM)，則嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以成功地將一組復(fù)雜的任務(wù)鏈結(jié)在一起，在不需要依靠MCU核心的情況下自動(dòng)地執(zhí)行任務(wù)。在這些情況中，核心將可以保持在最低功耗狀態(tài)，直到所有的任務(wù)皆已完成。

　　Silicon Labs公司的Si3ML1xx超低功耗MCU系列產(chǎn)品，具備如上所述專用的DTM硬件外設(shè)。此DTM模塊可提供兩項(xiàng)主要功能：(1)請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)外設(shè)到外設(shè)的DMA;(2)DMA依次處理包括回路狀態(tài)(loop state)在內(nèi)的封包傳輸。

　　這個(gè)DTM模塊是藉由收集來自不同外設(shè)的DMA請(qǐng)求信號(hào)，并依據(jù)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)配置(state-driven configuration)，來產(chǎn)生一系列主要的直接內(nèi)存訪問(DMA)請(qǐng)求，進(jìn)而完成這些任務(wù)。這個(gè)主要的請(qǐng)求會(huì)驅(qū)動(dòng)一組DMA通道，來執(zhí)行諸如組合與傳輸通信封包到外部無(wú)線電外設(shè)等功能。因?yàn)樵试SMCU在復(fù)雜的傳輸操作時(shí)，依然保持在低功耗模式下，因此可達(dá)到節(jié)省功耗的目的。

　　智能型接口

　　感測(cè)界面(高級(jí)采集計(jì)時(shí)器)另外一種MCU之外功率消耗的情況則發(fā)生在傳感器與MCU連接在一起時(shí)。通常，MCU核心不論是通過脈沖偵測(cè)并量化，或是使用一些其他的方法，都會(huì)提供一個(gè)信號(hào)來激發(fā)傳感器，之后再處理這個(gè)結(jié)果。一旦結(jié)果可供利用時(shí)，他們會(huì)通過直接內(nèi)存訪問通道將此結(jié)果放入RAM中。