高能效入門級MCU 定義全新低功耗

　　引言

　　在經(jīng)常提及物聯(lián)網(wǎng) （IoT）的新時(shí)代——數(shù)十億的“智能終端”，預(yù)計(jì)在未來十年內(nèi)會把各種應(yīng)用與設(shè)備都連接起來——嵌入式技術(shù)不再僅僅限于以機(jī)械方式生產(chǎn)基本商品。物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)和控制自動化的時(shí)代，互連設(shè)備和節(jié)點(diǎn)收集信息并與智能系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)解決問題（例如當(dāng)系統(tǒng)檢測到無人在家時(shí)會自動調(diào)整恒溫器）。嵌入式技術(shù)的本質(zhì)便是將傳感、處理和連接結(jié)合起來使IoT變成現(xiàn)實(shí)。

　　人們對功能性、連接性及便攜性的需要呈指數(shù)級增加，而大眾市場電池技術(shù)尚未能同步前進(jìn)，無法滿足市場需求。終端節(jié)點(diǎn)通常采用電池供電，需要具有極長電池壽命才能保證穩(wěn)定可靠兼且保持較低成本。一方面能耗預(yù)算決定了新產(chǎn)品的最終設(shè)計(jì)，而市場方面又不允許制造商降低性能。設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是，必須以相同甚至更低的能耗預(yù)算實(shí)現(xiàn)更高的性能目標(biāo)。

　　高能效的整體趨向

　　越來越多的“智能技術(shù)”產(chǎn)品需要滿足用戶的更多功能要求，而僅僅通過查看原始數(shù)據(jù)表上的數(shù)字來判斷能效的方法已經(jīng)無法提供充分有力的參考。能耗預(yù)算需要考慮“低功耗”，或者在提供特定功能時(shí)消耗了多少電流，此外，還需要考慮更多的要素“能源效率”或者說一段時(shí)間內(nèi)的能耗。換句話說，我們必須查清楚在單位時(shí)間內(nèi)完成指定任務(wù)的耗電量是多少。

　　在嵌入式系統(tǒng)中，低功耗才是王道，目標(biāo)是更高能效的通過多任務(wù)的管理去完成一個(gè)應(yīng)用程序。這些任務(wù)通常可以概括為三個(gè)階段：初始化階段、控制階段（其中可能包括數(shù)據(jù)采集、通信和控制）及計(jì)算階段。在這三個(gè)階段降低能耗的公式非常簡單，用更少的能源和時(shí)間完成更多操作（能耗= 功率 x 時(shí)間）。要真正實(shí)現(xiàn)目標(biāo)不只優(yōu)化其中一個(gè)階段，而是需要優(yōu)化所有階段。

　　在所有階段實(shí)現(xiàn)節(jié)能有三個(gè)要素。首先，必須少激活和低待機(jī)功耗。其次，必須具有節(jié)能外設(shè)，這些外設(shè)要智能的、在不一直喚醒CPU的前提下采集、處理并存儲數(shù)據(jù)。第三，必須減少計(jì)算階段的處理時(shí)間，以返回深度睡眠模式，然后再重新開始整個(gè)過程。

　　飛思卡爾深入研究了MCU的所有階段和各個(gè)方面，目的是解決更大的問題：你怎樣用更少的能耗去做更多操作？結(jié)合整體觀念來考慮能效問題對目前市場來說還比較新穎。飛思卡爾致力于幫助客戶從這種新方法中獲益。

　　Kinetis L 系列：全球能效最高的32位MCU

　　飛思卡爾幾十年來不斷關(guān)注新興應(yīng)用趨勢并為客戶開發(fā)解決方案，并充分利用這些經(jīng)驗(yàn)，致力于為更廣泛的應(yīng)用提供高能效的產(chǎn)品解決方案。Kinetis MCU產(chǎn)品組合提供卓越的低功耗性能，并具有智能功能集成、廣泛的外設(shè)及高擴(kuò)展能力等優(yōu)勢。多個(gè)Kinetis MCU家族，其中Kinetis L系列在內(nèi)是飛思卡爾高能效解決方案的最佳典范。

　　Kinetis L 系列MCU是 Kinetis 產(chǎn)品組合內(nèi)新上市的產(chǎn)品，與同類入門級MCU相比，大大改進(jìn)了功能和效率，能夠在初始化、控制和計(jì)算階段顯著提高能效。請注意查看圖1所示的能效，該圖用橙色表示Kinetis L 系列的能耗曲線對比用褐色曲線的其他同類產(chǎn)品。

　　圖 1：Kinetis L系列MCU可在應(yīng)用的所有階段，即初始化、控制和計(jì)算階段，大大提高能效。

　　在開發(fā)Kinetis L系列的過程中，重點(diǎn)圍繞一個(gè)看似簡單的概念：如何在沒有CPU干預(yù)的情況下采集數(shù)據(jù)，然后快速喚醒MCU，盡可能快速、高效地執(zhí)行相關(guān)功能，然后返回睡眠模式？最后實(shí)現(xiàn)的結(jié)果是大大降低了曲線下方整個(gè)板卡的能耗（參見圖1），為達(dá)到這個(gè)結(jié)果，我們采用了ARM Cortex-M0+ 處理器，為多個(gè)用例使用了超低功耗模式，還有節(jié)能型架構(gòu)技術(shù)以及一系列智能功耗管理的自主外設(shè)。