“金剛狼”緣何得以續(xù)寫MCU超低功耗傳奇

 　　物聯(lián)網(wǎng)靠什么落地?

　　當(dāng)然嵌入式系統(tǒng)，低能耗的小系統(tǒng)將成為物聯(lián)網(wǎng)信息采集和處理的原始觸角。因此，小系統(tǒng)對(duì)零部件都提出了降低功耗的需求，微控制器(MCU)作為小系統(tǒng)的核心部件首當(dāng)其沖地要充當(dāng)?shù)凸母镄碌募毕蠕h。

　　于是乎，各位MCU領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商都紛紛推出全新架構(gòu)的MCU產(chǎn)品，不斷把功耗向下拉動(dòng)。這不，創(chuàng)造了業(yè)內(nèi)MCU最低功耗保持者M(jìn)SP430的美國(guó)德州儀器公司，迫不急待地在今年2月份宣布推出“金剛狼”平臺(tái)，德州儀器微控制器業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Scott Roller宣稱在此平臺(tái)上開發(fā)的MCU產(chǎn)品將比市場(chǎng)上所有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的功耗低50%。9月份，德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部MCU業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理吳健鴻再次表示，保持業(yè)內(nèi)功耗最低標(biāo)準(zhǔn)的“金剛狼”產(chǎn)品將于10月底上市。

　　如果別人出此豪言，可能會(huì)被當(dāng)做狂言，而它確立這一目標(biāo)的正是德州儀器公司則不得不令人側(cè)目。綜合Scott Roller和吳健鴻兩次發(fā)布的信息，可以清晰地概括出“金剛狼”新平臺(tái)在低功耗方面的三大創(chuàng)新。

　　且看它是如何實(shí)現(xiàn)的。

　　工藝的創(chuàng)新：重新設(shè)計(jì)130nm工藝節(jié)點(diǎn)

　　以縮小線寬為目標(biāo)工藝的創(chuàng)新一直是沿著摩爾定律行進(jìn)，這是最基礎(chǔ)的工作，然而這還不夠。據(jù)德州儀器微控制器業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Scott Roller介紹，“金剛狼”平臺(tái)在IC設(shè)計(jì)130nm工藝部分還做了一些很特別的設(shè)計(jì)。這種獨(dú)特的工藝是聯(lián)合電源部門一起研發(fā)出來的，可以做到很低功耗，包括超低漏電流工藝技術(shù)。同時(shí)這種獨(dú)特的工藝還保證了寬溫范圍內(nèi)，“金剛狼”產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)低功耗的一致性。

　　FRAM存儲(chǔ)器：每bit功耗降低250倍

　　把FRAM引入到MCU，是德州儀器公司在“金剛狼”平臺(tái)中的重要?jiǎng)?chuàng)新。相比較當(dāng)前大多數(shù)MCU中使用的FLASH，F(xiàn)RAM是目前全球最低功耗的存儲(chǔ)器技術(shù)。

　　據(jù)吳健鴻介紹，在一般的MCU中通常用Flash(閃存)存儲(chǔ)代碼，用EEPROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù).。當(dāng)需要對(duì)片上Flash 擦寫時(shí),MCU內(nèi)部需要專門的升壓電路講電源電壓(通常3.3V)升十幾伏，才能執(zhí)行Flash擦寫操作,所以MCU在寫Flash的時(shí)候是特別耗電的。

　　FRAM可以帶來哪些改變呢?FARM的好處之一就是在執(zhí)行擦寫時(shí)較低的電壓可以實(shí)現(xiàn),不需要升壓電路，而且FRAM寫入速度比一般的Flash寫的速度要快很多倍。所以基于FRAM的上述兩個(gè)優(yōu)勢(shì)MCU在寫FRAM時(shí)的功耗可以比MCU寫Flash時(shí)功耗低250倍。

　　基因：經(jīng)過考驗(yàn)的MSP430的低功耗架構(gòu)

　　“金剛狼”是一個(gè)新的品牌，它繼承了MSP430低功耗優(yōu)秀基因，因此在低功耗方面有著先天的優(yōu)勢(shì)。MSP430是一款經(jīng)過市場(chǎng)檢驗(yàn)的超低功耗產(chǎn)品，已經(jīng)在低功耗MCU產(chǎn)品中保持20年的記錄。

　　Scott Roller表示，在設(shè)計(jì)任何一款MCU內(nèi)核的時(shí)候，一直都需要去考慮到底你要怎么樣把MCU設(shè)計(jì)為低功耗，在低功耗的部分要考慮最重要是兩個(gè)事情。第一，當(dāng)你在跑程序，在一般運(yùn)行的時(shí)候，你的功耗是多少。第二，當(dāng)你在不同的睡眠狀態(tài)的時(shí)候，你的功耗是多少。所以，在我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)MSP430時(shí)，可以提供七種不同低功耗模式,客戶可以根據(jù)不同選擇相應(yīng)的模式,已實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最低功耗，而且當(dāng)MCU在睡眠狀態(tài)的時(shí)候，我可以做到功耗更低。

　　除了看MCU的內(nèi)核以外，也要看片上的其他器件的功耗。MSP430還有一個(gè)賣點(diǎn)就是我們?cè)谀M的部分。所以，當(dāng)我們?cè)诳凑w的低功耗的時(shí)候，除了內(nèi)核要跑低以外，ADC的的功耗同樣要低，這樣把這些加起來才是低功耗的要求。

　　組合拳：軟件的配合不可或缺

　　系統(tǒng)的低功耗實(shí)現(xiàn)離不開軟件的幫助，“金剛狼”平臺(tái)在軟件部分同樣可以配合顧客低功耗的要求，德州儀器有一個(gè)MSP430Ware軟件包用于配合“金鋼狼”，在這個(gè)軟件包里我們已經(jīng)考慮到很多低功耗的要求，所以用MSP430Ware直接驅(qū)動(dòng)的話，可以滿足客戶低功耗的要求。

　　另外一個(gè)低功耗的工具是一個(gè)代碼優(yōu)化工具，它可以幫用戶你做的代碼到底在哪一部分，什么樣的功耗高一點(diǎn)，提供建議給用戶，你要怎么改你的代碼才可以把整個(gè)系統(tǒng)功耗降低，這是I/O部分可以提供的。

　　還有一個(gè)實(shí)時(shí)能耗跟蹤功能，讓用戶看到到底這個(gè)系統(tǒng)在什么地方用電會(huì)比較多，這樣可以優(yōu)化部分硬件，把功耗降低。

　　附：“金剛狼”名稱的由來

　　為什么選擇Wolverine(金剛狼)這個(gè)名字呢?可能看過電影的朋友知道，在X-Man里有Wolverine這個(gè)主角，他很厲害，用手掌可以把東西切開一半，所以我們?cè)谙朐趺窗压慕档汀Ａ硗?，在《Wolverine》電影里他是一個(gè)長(zhǎng)生不老的人，所以我們這個(gè)產(chǎn)品如果是超低功耗，電池會(huì)保持很長(zhǎng)的壽命，為什么選擇這個(gè)名字呢?就是因?yàn)槲覀冇X得這個(gè)產(chǎn)品可以讓用戶設(shè)計(jì)更長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品。