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

　　MCU設(shè)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)境中進行能量采集，甚至可以無需電池。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(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。

　　另外一個方法是設(shè)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(shè)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(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)一類較為先進的外設(shè)則具有許多自動控制的設(shè)置，其中包括多信道掃描、靈活的采樣率，甚至是基本的信號處理技術(shù)等。然而此類自動控制設(shè)置被限制執(zhí)行單一組樣本，然后再喚醒MCU核心來執(zhí)行更進一步的處理。在所有的這些情況中，會有單一外設(shè)執(zhí)行簡單任務(wù)，同時所有或大部分的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)直接儲存在內(nèi)存或是從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)。

　　若更進一步運用自治式外設(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，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。　　

 

　　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(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模塊可提供兩項主要功能：(1)請求驅(qū)動外設(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DTM模塊是藉由收集來自不同外設(shè)的DMA請求信號，并依據(jù)驅(qū)動狀態(tài)配置(state-driven configuration)，來產(chǎn)生一系列主要的直接內(nèi)存訪問(DMA)請求，進而完成這些任務(wù)。這個主要的請求會驅(qū)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(shè)等功能。因為允許MCU在復(fù)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(jié)果。一旦結(jié)果可供利用時，他們會通過直接內(nèi)存訪問通道將此結(jié)果放入RAM中。