TI采用新“金剛狼”MCU平臺(tái) 使MCU總功耗銳減50%

看看非易失性存儲(chǔ)器在汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)中的使用情況，F(xiàn)RAM 與閃存的效率對(duì)比便能一目了然。當(dāng)汽車斷電時(shí)，需要收集和存儲(chǔ)多種系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便能夠在汽車重新通電時(shí)復(fù)原。在系統(tǒng)所保存的這些數(shù)據(jù)當(dāng)中，包括了駕駛者和乘客設(shè)定的溫度值、收音機(jī)預(yù)設(shè)電臺(tái)、GPS 位置和收音機(jī)音量等。

由于汽車并不知道其電源將在什么時(shí)候被切斷，因此必須使用一個(gè)電容器并在汽車通電時(shí)對(duì)其進(jìn)行充電。在寫(xiě)入數(shù)據(jù)的過(guò)程中，該電容器負(fù)責(zé)為閃存和 MCU 供電。需要保存的數(shù)據(jù)越多，電容器就越大。此外，閃存相對(duì)較慢的寫(xiě)入速度對(duì)于所能保存的數(shù)據(jù)量也有影響。

在采用相似電容器的情況下，F(xiàn)RAM 可憑借其高寫(xiě)入速度和功率效率實(shí)現(xiàn) 900 倍于閃存的數(shù)據(jù)存取量。這使得開(kāi)發(fā)人員能夠采用較小(而且較便宜)的電容器，設(shè)計(jì)不太復(fù)雜的系統(tǒng)。寫(xiě)操作能力上的這種巨大差異可造就一種全新的低功耗應(yīng)用，包括那些需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)錄入和/或采用能量收集技術(shù)的應(yīng)用。而且，較快的寫(xiě)操作能力還意味著系統(tǒng)可以在更長(zhǎng)的時(shí)間里處于睡眠模式。

不過(guò)，使用 FRAM 也會(huì)影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。閃存的寫(xiě)壽命有限(可寫(xiě)入次數(shù)約 10 萬(wàn)次)，之后可靠性將開(kāi)始下降。故此，系統(tǒng)參數(shù)常常僅在系統(tǒng)斷電時(shí)保存到閃存中。而 FRAM 實(shí)際上沒(méi)有限制的寫(xiě)壽命(可寫(xiě)入次數(shù)約 100萬(wàn)億次)則可使開(kāi)發(fā)人員重新考慮其存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)的方式。具體來(lái)說(shuō)，就是可以把所有的數(shù)據(jù)早早存儲(chǔ)在非易失性 FRAM 中(即使在其經(jīng)常變化時(shí)也不例外)，而不是把參數(shù)存儲(chǔ)在 SRAM 中并在斷電時(shí)保存至閃存。由于不必主動(dòng)保存參數(shù)且不再需要使用電容器，因此這種方式將更進(jìn)一步地節(jié)省成本。

系統(tǒng)喚醒也得到了改善。在上述的汽車應(yīng)用中，上電時(shí)無(wú)需將設(shè)定值恢復(fù)至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因?yàn)樗鼈円言诠玫?FRAM 內(nèi)存空間里提供。對(duì)于可用功率嚴(yán)重受限的應(yīng)用(比如那些采用能量收集技術(shù)的應(yīng)用)，這同樣使其效率有所提高。由于在睡眠期之間不需要為存儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)消耗功率，因此應(yīng)用可以使用較小的能量收集電路運(yùn)作，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本。FRAM 使得開(kāi)發(fā)人員能夠以“延長(zhǎng)操作壽命、降低系統(tǒng)成本和提高產(chǎn)品可靠性”的方式重新考慮其系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，這里所述只是一個(gè)例子而已。

FRAM 另一項(xiàng)重要功能是可兼用作程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在基于閃存的系統(tǒng)中，根據(jù)代碼長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)量來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的能力，其受限于 MCU 所集成的閃存和 SRAM 的數(shù)量。

快速寫(xiě)存取和實(shí)際上無(wú)限的可寫(xiě)入次數(shù)使 FRAM 既可用作程序存儲(chǔ)器，也可用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。MSP430FR58xx 系列(首批基于“金剛狼”的器件)將提供 64 K 字節(jié)的存儲(chǔ)器，并為開(kāi)發(fā)人員在代碼與數(shù)據(jù)之間分配該存儲(chǔ)器賦予了全面的靈活性。

同時(shí)，這還使得設(shè)計(jì)人員能夠采用具有不同于先前可用之內(nèi)存比 (memory ratio) 的較小 MCU。此外，TI 還集成了一個(gè)存儲(chǔ)器保護(hù)單元 (MPU)，用于避免數(shù)據(jù)操作意外改寫(xiě)系統(tǒng)代碼以及用于提供額外存儲(chǔ)器保護(hù)的可鎖式代碼段。

基于“金剛狼”的器件還將具有一個(gè) SRAM 區(qū)塊。該存儲(chǔ)器可用于那些真正需要 SRAM 的無(wú)限制可寫(xiě)入次數(shù)的應(yīng)用(以滿足特定操作的要求)。該 SRAM 區(qū)塊亦可用于幫助簡(jiǎn)化現(xiàn)有 MSP430 MCU 設(shè)計(jì)方案的移植。

實(shí)際的處理效率

對(duì)于超低功耗應(yīng)用而言，功耗的減半實(shí)際上遠(yuǎn)比處理器速度的倍增更合乎需要。通過(guò)提高系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)及從睡眠狀態(tài)喚醒的速度，開(kāi)發(fā)人員可在相同的時(shí)間和功耗情況下完成更多的處理任務(wù)，從而實(shí)際上加快了處理速度。這也為開(kāi)發(fā)人員管理其設(shè)計(jì)中的功率提供了更多的控制手段。針對(duì)嵌入式應(yīng)用，開(kāi)發(fā)人員能夠充分利用基于“金剛狼”的高效率器件并調(diào)節(jié)至其所需的確切性能水平，而無(wú)須使用智能手機(jī)級(jí)的 MCU。

“金剛狼”器件將與現(xiàn)有的 MSP430 MCU 工具和軟件相容，從而使開(kāi)發(fā)人員可充分“享用”無(wú)所不包的 MSP430 MCU 生態(tài)系統(tǒng)。芯片與工具鏈中的內(nèi)置硬件將幫助開(kāi)發(fā)人員實(shí)時(shí)跟蹤電能使用狀況(獲得準(zhǔn)確的功率分配圖)，這樣在估計(jì)系統(tǒng)功耗和有效操作壽命時(shí)就不再需要依靠猜測(cè)了。TI 還將提供專為分析代碼而設(shè)計(jì)的優(yōu)化工具，以確保功率效率。

在過(guò)去的 10 年里，TI 以開(kāi)發(fā)超低功耗技術(shù)為己任。“金剛狼”幫助實(shí)現(xiàn)了性能與透明電源管理技術(shù)的重大突破，開(kāi)發(fā)人員因此能夠把更多的時(shí)間投入到設(shè)計(jì)其應(yīng)用的核心功能上，而減少花費(fèi)在優(yōu)化功耗上的時(shí)間。

“金剛狼”平臺(tái)使 MCU 的功耗銳減 50%，從而真正改變了超低功耗技術(shù)領(lǐng)域的面貌。這種高功率效率與低功耗能量收集技術(shù)的進(jìn)步相結(jié)合，使業(yè)界朝著“無(wú)電池世界”又邁近了一步。