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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，為滿足超長電池壽命的要求，應盡可能選擇功耗小的產品。在這些應用中，MCU可能大部分時間處于休眠狀態，當有任務需要處理時，MCU進入工作狀態，處理完成后再次進入休眠狀態。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。 為滿足低功耗的要求，同時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產品Zero Gecko。為什么取名叫“Gecko（壁虎）”？Silicon Labs亞太地區MCU資深市場經理彭志昌（Alan Pang）（圖1）介紹，是因為壁虎是世界上耗能最低的動物。EFM32 Gecko整個系列的MCU產品（在Zero Gecko之前，Energy Micro已有超過200個基于M3和M4的MCU型號）都是針對功耗而開發的，而Zero的含義則是其功耗幾乎為0。 圖1：Silicon Labs亞太地區MCU資深市場經理彭志昌（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、電池供電的無線應用而優化的解決方案。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，在用戶需要使用某個模塊時，只需打開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），適用于無線安全的片內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生態系統（開發平臺）。 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、時鐘管理、電源管理、串口、IO端口、定時器和觸發器、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（關機模式）五種功耗模式（圖2）。 圖2：EFM32 Zero Gecko架構。 彭志昌解釋說，每個模塊在打開后都會產生功耗，在EM4模式時，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，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，除EM4、EM3支持的功能外，還可以使用低功耗串口、實時時鐘等；以此類推…… 另外，EFM32還具有獨特的“外設反射系統（PRS）”。MCU通過軟件或指令處理任務，若采用ADC定時轉換信號，通常CPU會定時一段時間對信號進行采樣，再將數據放入RAM中，然后進入睡眠狀態。有了PRS后，CPU可以處于睡眠模式——定時器計時完畢后，將會產生一個觸發信號送給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，可以實現定時器與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用功。Zero Gecko MCU從休眠模式到喚醒所需時間僅為2μs，從而能夠有效節省功率浪費。 Zero Gecko MCU具有超低待機電流，在關機（EM4）模式時，其功耗小于20nA；在深度休眠（EM2）模式（保留POR、BOD、RTC、RAM和CPU狀態等）時，其功耗僅為900nA。該MCU的所有外設在CPU休眠時都能依舊保持運行；從串口接收數據轉存到RAM可通過DMA操作完成，CPU可以處于休眠狀態；同時，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應用實例。 同時，Energy Micro為EFM32提供了開發平臺Simplicity Studio。該開發軟件適用于Windows、Linux和MacOS X系統開發，提供免費的庫、源代碼模板和應用筆記，以及特有的代碼創建、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，無需借助其他測量工具，就可以觀察MCU運行每條指令時的功耗（比如驅動ADC時的功耗）。而能耗調試工具energyAware Profiler使用來自AEM的數據可以完成相關對象代碼的實時圖表繪制和調試。另外，MCU開發少不了燒錄器、集成開發環境/編譯器等工具，這些在Simplicity生態系統中都有包含（如圖6所示）。 圖6：完整的Simplicity生態系統。 最后，Silicon Labs提供了完整的低成本入門開發套件EFM32ZG-STK3200。該套件具有的以下特點：加速評估和應用開發；內建SEGGER J-Link調試器，無需其它調試適配器，節省成本；先進的能耗監視系統；無需萬用表示波器；Memory LCD和電容式觸摸按鍵；69美元的經濟的價格。此外，Energy Micro所有的Gecko系列（基于M0+、M3、M4的MCU）產品軟件兼容，并且同種封裝引腳兼容，可以很方便地進行移植。 |
