低功耗32位MCU在無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報警系統中的應用

在無(wú)線(xiàn)報警系統設計中，要保證其電池的使用壽命、數據傳輸的安全快捷以及產(chǎn)品本身的小型化和低成本，因此對系統主控單元器件的選擇既要滿(mǎn)足低功耗、小體積、低成本又需要該器件能對數據傳輸的進(jìn)行加密處理。本文著(zhù)重推薦了Silicon Labs基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列，超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢使得其完全可以勝任無(wú)線(xiàn)報警系統的諸多設計挑戰。

在生產(chǎn)、生活中，有著(zhù)多種安全防護需求，而隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報警系統以其數據傳輸的先進(jìn)性、安裝操作的便捷性，得到了廣泛的應用。

圖1：安防無(wú)線(xiàn)報警系統構成框圖。

該系統是由無(wú)線(xiàn)報警主機和各類(lèi)節點(diǎn)設備組成。在運行中，節點(diǎn)設備會(huì )將狀態(tài)信息和報警信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式上傳給無(wú)線(xiàn)報警主機，無(wú)線(xiàn)報警主機再根據信息內容進(jìn)行后續處理，如存儲、遠程傳輸、驅動(dòng)報警外設、等等。

在該系統設計中，一般會(huì )遇到如下幾個(gè)挑戰。首先，節點(diǎn)設備一般采用電池供電，那么，既要控制電池成本、又要盡量獲得更長(cháng)電池使用壽命，就會(huì )成為一個(gè)讓工程師感到棘手的問(wèn)題。其次，報警系統采用無(wú)線(xiàn)通信方式，作為報警系統，數據傳輸既要安全又要快捷，這就要求在數據傳輸中，不僅要對通訊數據進(jìn)行加密處理，還不能因此而降低速度。最后，無(wú)論是節點(diǎn)設備、還是主控設備，其產(chǎn)品本身一般都要求小體積、低成本，那么，就要求所用的主控芯片既要集成功能多，還要芯片體積小、成本低。

圖2：節點(diǎn)類(lèi)設備內部結構框圖

世界知名的精密混合信號芯片方案提供商Silicon Labs致力于打造強大的IOT整套芯片方案。其中，新近推出的基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列，以其超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢，完全可以勝任上述挑戰！圖3是EFM32JG系列MCU內部結構框圖及其亮點(diǎn)。

EFM32JG系列MCU擁有EM0~EM4多種工作模式。在各模式上，有著(zhù)優(yōu)秀的指標，如深度休眠模式，2.5 μA@EM2 （RTCC running with state and RAM retenTIon），功耗極低；全速運行模式，僅63 μA/MHz @EM0，功率密度優(yōu)秀。在運行中，MCU可根據節點(diǎn)設備或主控設備的任務(wù)需求，靈活切換能耗模式，比如可采用：工作（EM0）→ 深度休眠（EM2）→喚醒（僅2us）→工作（EM0）→。..。..這種運行方式，以獲取最低平均功耗。 另外，EFM32JG系列MCU，還集成了LEUART（低功耗串口），在EM2模式下與DMA配合，可在無(wú)內核干預下運行，也可以通過(guò)接收的數據喚醒MCU。不僅自身功耗低，還使MCU擁有更好的喚醒方式。因此，在功耗控制上，EFM32JG系列MCU，以其優(yōu)秀的指標、靈活多樣的能耗模式以及各種特色外設，使得節點(diǎn)設備的電池使用壽命，能夠得到很好的延長(cháng)。

在數據傳輸的安全與快捷上，EFM32JG系列MCU，完全集成了3種主流加密算法的硬件加密引擎：

• AES 128/256-bit keys

• ECC B/K163， B/K233， P192， P224， P256

• SHA-1 and SHA-2 （SHA-224 and SHA-256）

因為是硬件的，簡(jiǎn)單幾條指令，就可以實(shí)現加密或解密，節省了MCU用幾百條軟件指令去計算的時(shí)間，不僅實(shí)現了數據傳輸的安全性，也沒(méi)有因此而拉低數據傳輸的速率。很好地破解了加密與高速共存的瓶頸。

最后，如上述，節點(diǎn)設備一般要電池供電，為了獲得穩定的電壓以及較高的電源轉化效率，一般都要一個(gè)DC/DC電源IC。EFM32JG系列MCU集成了一個(gè)DC/DC控制器，因此很好地滿(mǎn)足了這種需要。該DC/DC控制性能優(yōu)秀，轉化率可達85%，輸出電流高達200MA（低噪模式，且Tamb ≤ 85°C），不僅可以自己用，還可以供其他外設使用。這不僅減少了硬件BOM成本，更減少了PCB體積。

綜上所述，EFM32JG系列MCU，以其高度的集成性，優(yōu)秀的性能，很好地勝任了在無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)報警系統設計中的挑戰！

EFM32JG系列MCU其他典型應用：

• 物聯(lián)網(wǎng)設備和傳感器

• 健康和健身

• 智能配件

• 家庭自動(dòng)化和安全

• 工業(yè)和工廠(chǎng)自動(dòng)化