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功耗敏感型（對電池壽命有要求的）應用在選擇MCU時(shí)，為滿(mǎn)足超長(cháng)電池壽命的要求，應盡可能選擇功耗小的產(chǎn)品。在這些應用中，MCU可能大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，當有任務(wù)需要處理時(shí)，MCU進(jìn)入工作狀態(tài)，處理完成后再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。因此，MCU的總體能耗等于工作模式能耗與休眠模式能耗之和。要做到低功耗，MCU一方面需要降低休眠模式功耗，一方面需要降低工作模式功耗。 為滿(mǎn)足低功耗的要求，同時(shí)又提供一定處理能力（32位），Silicon Labs旗下Energy Micro設計了一款基于M0+的MCU產(chǎn)品Zero Gecko。為什么取名叫“Gecko（壁虎）”？Silicon Labs亞太地區MCU資深市場(chǎng)經(jīng)理彭志昌（Alan Pang）（圖1）介紹，是因為壁虎是世界上耗能最低的動(dòng)物。EFM32 Gecko整個(gè)系列的MCU產(chǎn)品（在Zero Gecko之前，Energy Micro已有超過(guò)200個(gè)基于M3和M4的MCU型號）都是針對功耗而開(kāi)發(fā)的，而Zero的含義則是其功耗幾乎為0。 圖1：Silicon Labs亞太地區MCU資深市場(chǎng)經(jīng)理彭志昌（Alan Pang）。 彭志昌表示，EFM32 Zero Gecko系列MCU是世界上最節能的ARM MCU，也是EFM32 Gecko家族的最新成員。它是為功耗敏感、電池供電的無(wú)線(xiàn)應用而優(yōu)化的解決方案。如何做到節能？Zero Gecko采用了復雜的功耗管理系統，具有五種功耗模式——不同產(chǎn)品對于功耗的要求以及所使用的模塊和方式都不相同，在用戶(hù)需要使用某個(gè)模塊時(shí)，只需打開(kāi)包含有該模塊的功耗模式，就可減少整體功耗。 此外，Zero Gecko還具有最佳的模擬外設，包括片內IDAC（電流DAC——若需要電壓輸出，外接電阻即可），適用于無(wú)線(xiàn)安全的片內AES加密（提升加解密速度，減輕CPU負擔，從而降低功耗），以及完整的Simplicity Studio生態(tài)系統（開(kāi)發(fā)平臺）。 Zero Gecko MCU的最高頻率為24MHz，片內Flash有4、8、16、32kB四種選擇，片內RAM為2或4kB。它提供QFN24(5mm×5mm)、QFN32(6mm×6mm)、QFP48(7mm×7mm)三種封裝形式。 Zero Gecko內部由CPU和存儲、時(shí)鐘管理、電源管理、串口、IO端口、定時(shí)器和觸發(fā)器、模擬模塊和安全幾大模塊組成，提供EM0（運行模式）、EM1（休眠模式）、EM2（深度休眠模式）、EM3（停止模式）和EM4（關(guān)機模式）五種功耗模式（圖2）。 圖2：EFM32 Zero Gecko架構。 彭志昌解釋說(shuō)，每個(gè)模塊在打開(kāi)后都會(huì )產(chǎn)生功耗，在EM4模式時(shí)，MCU僅提供IO口的一些操作和上電復位操作，使功耗處于最低。若用戶(hù)需要使用更多的功能，則可以調整工作模式到更高的級別，比如在EM3模式時(shí)，除EM4模式支持的功能外，還可以使用RAM存儲器、調試接口等模塊；在EM2模式時(shí)，除EM4、EM3支持的功能外，還可以使用低功耗串口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等；以此類(lèi)推…… 另外，EFM32還具有獨特的“外設反射系統（PRS）”。MCU通過(guò)軟件或指令處理任務(wù)，若采用ADC定時(shí)轉換信號，通常CPU會(huì )定時(shí)一段時(shí)間對信號進(jìn)行采樣，再將數據放入RAM中，然后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。有了PRS后，CPU可以處于睡眠模式——定時(shí)器計時(shí)完畢后，將會(huì )產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號送給ADC，ADC捕獲數據轉存到RAM中，完全不需要CPU去管理。Zero Gecko具有四通道PRS，支持8輸出7輸入信號，可以實(shí)現定時(shí)器與ADC、串口等的互通。 EFM32 Zero Gecko MCU擁有極低的工作模式功耗（110μAMHz），這在許多8位MCU中都很難實(shí)現。雖然其性能不如基于M3的MCU，但其處理速度比8位MCU要強得多（0.93DMIPSMHz，2.07CoreMarkMHz）。另外， MCU從休眠到喚醒所做的功是無(wú)用功。Zero Gecko MCU從休眠模式到喚醒所需時(shí)間僅為2μs，從而能夠有效節省功率浪費。 Zero Gecko MCU具有超低待機電流，在關(guān)機（EM4）模式時(shí)，其功耗小于20nA；在深度休眠（EM2）模式（保留POR、BOD、RTC、RAM和CPU狀態(tài)等）時(shí)，其功耗僅為900nA。該MCU的所有外設在CPU休眠時(shí)都能依舊保持運行；從串口接收數據轉存到RAM可通過(guò)DMA操作完成，CPU可以處于休眠狀態(tài)；同時(shí)，所有外設都能夠自主運行。 Zero Gecko MCU各種功耗模式的電流消耗如圖3所示。除5種功耗模式外，該系列MCU還具有超高能效的外設，比如12位模數轉換器在1MSps采樣率下，電流消耗僅為350μA；低功耗UART電流消耗僅為150nA；電流DAC最低電流消耗僅10nA。 圖3：EFM32 MCU設計優(yōu)良的能耗模式及超高能效的外設。 Zero Gecko適用于能耗敏感型應用，比如水表、氣表、電表，智能家居和建筑自動(dòng)化，報警和安全系統，健康和健身設備，以及智能外設等（圖4）。Zero Gecko部分應用實(shí)例如圖5所示。 圖4：Zero Gecko適用的能耗敏感型應用。 圖5：Zero Gecko應用實(shí)例。 同時(shí)，Energy Micro為EFM32提供了開(kāi)發(fā)平臺Simplicity Studio。該開(kāi)發(fā)軟件適用于Windows、Linux和MacOS X系統開(kāi)發(fā)，提供免費的庫、源代碼模板和應用筆記，以及特有的代碼創(chuàng )建、調試和功耗探測工具。功耗探測工具Advanced Energy Monitoring（AEM）使工程師在調試程序時(shí)，無(wú)需借助其他測量工具，就可以觀(guān)察MCU運行每條指令時(shí)的功耗（比如驅動(dòng)ADC時(shí)的功耗）。而能耗調試工具energyAware Profiler使用來(lái)自AEM的數據可以完成相關(guān)對象代碼的實(shí)時(shí)圖表繪制和調試。另外，MCU開(kāi)發(fā)少不了燒錄器、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境/編譯器等工具，這些在Simplicity生態(tài)系統中都有包含（如圖6所示）。 圖6：完整的Simplicity生態(tài)系統。 最后，Silicon Labs提供了完整的低成本入門(mén)開(kāi)發(fā)套件EFM32ZG-STK3200。該套件具有的以下特點(diǎn)：加速評估和應用開(kāi)發(fā)；內建SEGGER J-Link調試器，無(wú)需其它調試適配器，節省成本；先進(jìn)的能耗監視系統；無(wú)需萬(wàn)用表示波器；Memory LCD和電容式觸摸按鍵；69美元的經(jīng)濟的價(jià)格。此外，Energy Micro所有的Gecko系列（基于M0+、M3、M4的MCU）產(chǎn)品軟件兼容，并且同種封裝引腳兼容，可以很方便地進(jìn)行移植。 |
