可自动运行的智能型MCU外设突破超低功耗嵌入式系统设计

　　MCU设计采用已有的技术，可使芯片功耗降低，仅需单一电池即能运作10至20年之久，如果在环境中进行能量采集，甚至可以无需电池。虽然以上技术得以发展，但目前的问题在于MCU供货商能否让嵌入式系统设计人员更加弹性的管理电源。

　　一个更加节能的方法则是将CPU核心从简单的任务中释放出来，例如外设到外设(peripheral-to-peripheral)的信息传输。通过优化硬件，以及免去闪存执行MCU指令的需求，可减少电流消耗。

　　另外一个方法是设计的MCU能满足系统级的功耗限制。若要实现这个方法，则MCU和LCD显示器、无线收发器及传感器等器件必须具备高效率外设接口。

　　数据传输管理器

　　在嵌入式市场中，具有自治式外设的MCU已越来越常见，但是这样的自治性有其限制。通常外设被设计用来执行单一任务，例如比较器可监控唤醒其余系统的外部引脚。而诸如模拟数字转换器(ADC)一类较为先进的外设则具有许多自动控制的设置，其中包括多信道扫描、灵活的采样率，甚至是基本的信号处理技术等。然而此类自动控制设置被限制执行单一组样本，然后再唤醒MCU核心来执行更进一步的处理。在所有的这些情况中，会有单一外设执行简单任务，同时所有或大部分的MCU核心则维持在低功耗状态。外设最多可以通过直接内存访问(DMA)将数据直接储存在内存或是从内存读取数据。

　　若更进一步运用自治式外设的概念，试想如果我们可以将外设的任务链连在一起，以执行较为复杂的功能，且全部皆不需MCU核心的介入时，情况会如何呢?

　　例如，在无线系统中，原始数据在最后被传递至无线电系统并进行传送之前，必须经过多重处理。MCU必须先加密原始数据、增加错误修正码、将封包编码，并且依据收发器的先进先出(FIFO)原则，以一个或多个突发(burst)来让封包通过串行接口。过程如图1所示。　　

 

　　传统的MCU解决方案需要CPU经常介入，来配置在每个处理步骤之间的数据传输。这意味着浪费功耗，因为CPU仅是重复地根据中断指令来配置外设及直接内存访问通道。相反的，若使用专用且可程序化的数据传输管理器(DTM)，则嵌入式系统设计人员可以成功地将一组复杂的任务链结在一起，在不需要依靠MCU核心的情况下自动地执行任务。在这些情况中，核心将可以保持在最低功耗状态，直到所有的任务皆已完成。

　　Silicon Labs公司的Si3ML1xx超低功耗MCU系列产品，具备如上所述专用的DTM硬件外设。此DTM模块可提供两项主要功能：(1)请求驱动外设到外设的DMA;(2)DMA依次处理包括回路状态(loop state)在内的封包传输。

　　这个DTM模块是藉由收集来自不同外设的DMA请求信号，并依据驱动状态配置(state-driven configuration)，来产生一系列主要的直接内存访问(DMA)请求，进而完成这些任务。这个主要的请求会驱动一组DMA通道，来执行诸如组合与传输通信封包到外部无线电外设等功能。因为允许MCU在复杂的传输操作时，依然保持在低功耗模式下，因此可达到节省功耗的目的。

　　智能型接口

　　感测界面(高级采集计时器)另外一种MCU之外功率消耗的情况则发生在传感器与MCU连接在一起时。通常，MCU核心不论是通过脉冲侦测并量化，或是使用一些其他的方法，都会提供一个信号来激发传感器，之后再处理这个结果。一旦结果可供利用时，他们会通过直接内存访问通道将此结果放入RAM中。