可自動運行的智能型MCU外設突破超低功耗嵌入式系統(tǒng)設計

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

　　一個更加節(jié)能的方法則是將CPU核心從簡單的任務中釋放出來，例如外設到外設(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。

　　另外一個方法是設計的MCU能滿足系統(tǒng)級的功耗限制。若要實現(xiàn)這個方法，則MCU和LCD顯示器、無線收發(fā)器及傳感器等器件必須具備高效率外設接口。

　　數(shù)據(jù)傳輸管理器

　　在嵌入式市場中，具有自治式外設的MCU已越來越常見，但是這樣的自治性有其限制。通常外設被設計用來執(zhí)行單一任務，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)字轉換器(ADC)一類較為先進的外設則具有許多自動控制的設置，其中包括多信道掃描、靈活的采樣率，甚至是基本的信號處理技術等。然而此類自動控制設置被限制執(zhí)行單一組樣本，然后再喚醒MCU核心來執(zhí)行更進一步的處理。在所有的這些情況中，會有單一外設執(zhí)行簡單任務，同時所有或大部分的MCU核心則維持在低功耗狀態(tài)。外設最多可以通過直接內存訪問(DMA)將數(shù)據(jù)直接儲存在內存或是從內存讀取數(shù)據(jù)。

　　若更進一步運用自治式外設的概念，試想如果我們可以將外設的任務鏈連在一起，以執(zhí)行較為復雜的功能，且全部皆不需MCU核心的介入時，情況會如何呢?

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

 

　　傳統(tǒng)的MCU解決方案需要CPU經(jīng)常介入，來配置在每個處理步驟之間的數(shù)據(jù)傳輸。這意味著浪費功耗，因為CPU僅是重復地根據(jù)中斷指令來配置外設及直接內存訪問通道。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)設計人員可以成功地將一組復雜的任務鏈結在一起，在不需要依靠MCU核心的情況下自動地執(zhí)行任務。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。此DTM模塊可提供兩項主要功能：(1)請求驅動外設到外設的DMA;(2)DMA依次處理包括回路狀態(tài)(loop state)在內的封包傳輸。

　　這個DTM模塊是藉由收集來自不同外設的DMA請求信號，并依據(jù)驅動狀態(tài)配置(state-driven configuration)，來產(chǎn)生一系列主要的直接內存訪問(DMA)請求，進而完成這些任務。這個主要的請求會驅動一組DMA通道，來執(zhí)行諸如組合與傳輸通信封包到外部無線電外設等功能。因為允許MCU在復雜的傳輸操作時，依然保持在低功耗模式下，因此可達到節(jié)省功耗的目的。

　　智能型接口

　　感測界面(高級采集計時器)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。通常，MCU核心不論是通過脈沖偵測并量化，或是使用一些其他的方法，都會提供一個信號來激發(fā)傳感器，之后再處理這個結果。一旦結果可供利用時，他們會通過直接內存訪問通道將此結果放入RAM中。