可自動(dòng)運行的智能型MCU外設突破超低功耗嵌入式系統設計

　　MCU設計采用已有的技術(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(wèn)題在于MCU供貨商能否讓嵌入式系統設計人員更加彈性的管理電源。

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

　　另外一個(gè)方法是設計的MCU能滿(mǎn)足系統級的功耗限制。若要實(shí)現這個(gè)方法，則MCU和LCD顯示器、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器及傳感器等器件必須具備高效率外設接口。

　　數據傳輸管理器

　　在嵌入式市場(chǎng)中，具有自治式外設的MCU已越來(lái)越常見(jiàn)，但是這樣的自治性有其限制。通常外設被設計用來(lái)執行單一任務(wù)，例如比較器可監控喚醒其余系統的外部引腳。而諸如模擬數字轉換器(ADC)一類(lèi)較為先進(jìn)的外設則具有許多自動(dòng)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(shù)等。然而此類(lèi)自動(dòng)控制設置被限制執行單一組樣本，然后再喚醒MCU核心來(lái)執行更進(jìn)一步的處理。在所有的這些情況中，會(huì )有單一外設執行簡(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)。外設最多可以通過(guò)直接內存訪(fǎng)問(wèn)(DMA)將數據直接儲存在內存或是從內存讀取數據。

　　若更進(jìn)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(wù)鏈連在一起，以執行較為復雜的功能，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(xiàn)系統中，原始數據在最后被傳遞至無(wú)線(xiàn)電系統并進(jìn)行傳送之前，必須經(jīng)過(guò)多重處理。MCU必須先加密原始數據、增加錯誤修正碼、將封包編碼，并且依據收發(fā)器的先進(jìn)先出(FIFO)原則，以一個(gè)或多個(gè)突發(fā)(burst)來(lái)讓封包通過(guò)串行接口。過(guò)程如圖1所示?！　?/p>

 

　　傳統的MCU解決方案需要CPU經(jīng)常介入，來(lái)配置在每個(gè)處理步驟之間的數據傳輸。這意味著(zhù)浪費功耗，因為CPU僅是重復地根據中斷指令來(lái)配置外設及直接內存訪(fǎng)問(wèn)通道。相反的，若使用專(zhuān)用且可程序化的數據傳輸管理器(DTM)，則嵌入式系統設計人員可以成功地將一組復雜的任務(wù)鏈結在一起，在不需要依靠MCU核心的情況下自動(dòng)地執行任務(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(zhuān)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(dòng)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(gè)DTM模塊是藉由收集來(lái)自不同外設的DMA請求信號，并依據驅動(dòng)狀態(tài)配置(state-driven configuration)，來(lái)產(chǎn)生一系列主要的直接內存訪(fǎng)問(wèn)(DMA)請求，進(jìn)而完成這些任務(wù)。這個(gè)主要的請求會(huì )驅動(dòng)一組DMA通道，來(lái)執行諸如組合與傳輸通信封包到外部無(wú)線(xiàn)電外設等功能。因為允許MCU在復雜的傳輸操作時(shí)，依然保持在低功耗模式下，因此可達到節省功耗的目的。

　　智能型接口

　　感測界面(高級采集計時(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(guò)脈沖偵測并量化，或是使用一些其他的方法，都會(huì )提供一個(gè)信號來(lái)激發(fā)傳感器，之后再處理這個(gè)結果。一旦結果可供利用時(shí)，他們會(huì )通過(guò)直接內存訪(fǎng)問(wèn)通道將此結果放入RAM中。