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針對(duì)可穿戴應(yīng)用MCU廠力拼低功耗設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2014-06-04 來源: 收藏

  為了符合大多數(shù)穿戴式裝置對(duì)于的需求,廠商除戮力將系統(tǒng)待機(jī)及操作電流降至最低外,亦致力優(yōu)化處于睡眠狀態(tài)的耗電情形,此將成為廠能否成功搶進(jìn)穿戴式市場(chǎng)的重要指標(biāo)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/247811.htm

  穿戴式裝置將引爆新一輪的晶片熱戰(zhàn)。穿戴式裝置受限于體積及重量限制,所需元件規(guī)格與一般行動(dòng)裝置不盡相同,為搶食此商機(jī),穿戴式裝置中的關(guān)鍵元件開發(fā)商,無不戮力針對(duì)穿戴式裝置發(fā)布新一代或高整合的解決方案,再次翻新行動(dòng)裝置元件規(guī)格。

  芯科實(shí)驗(yàn)室(Silicon Labs)美國區(qū)域市場(chǎng)行銷總監(jiān)Raman Sharma表示,從來自Misfit或Magellan等穿戴式裝置開發(fā)商給予該公司的回饋可知,穿戴式產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),首先最注重的就是元件夠不夠省電,他們強(qiáng)調(diào),夠長的電池壽命才是穿戴式產(chǎn)品能否為消費(fèi)者所接受并在市場(chǎng)獲得成功的關(guān)鍵;也因此,穿戴式裝置開發(fā)商通常會(huì)選擇低耗電的微控制器(MCU)做為裝置處理核心,以延長電池壽命。

  新唐科技微控制器產(chǎn)品中心協(xié)理林任烈表示,為了達(dá)到超的表現(xiàn),廠商在開發(fā)MCU時(shí)通常會(huì)導(dǎo)入睡眠模式(Sleep Mode)設(shè)計(jì),讓MCU在非系統(tǒng)運(yùn)作高峰期的大部分時(shí)間,能夠處于低耗電的睡眠狀態(tài),進(jìn)一步降低裝置整體功耗。

  林任烈進(jìn)一步指出,符合穿戴式裝置需求的低功耗MCU其操作電流須達(dá)到180微安培(μA)以下的水準(zhǔn),在睡眠模式下的待機(jī)電流也須低于1微安培;不過,當(dāng)MCU處于睡眠模式時(shí),系統(tǒng)并非完全靜止不動(dòng),因此如何優(yōu)化MCU處于睡眠模式下的系統(tǒng)設(shè)計(jì),讓裝置更省電,便成了MCU廠商戮力改善的一大重點(diǎn)。

  其中,快速喚醒時(shí)間更是首要關(guān)鍵。據(jù)了解,MCU廠商為了達(dá)到節(jié)能目的,常在MCU中加入各種運(yùn)行模式,光是睡眠模式可能就有好幾種;以愛特梅爾(Atmel)的SAM4L系列為例,便可支援睡眠、待機(jī)、保存和備用等四種睡眠模式。在多種復(fù)雜的運(yùn)行模式下,如果MCU總是要花上長時(shí)間才能從睡眠模式中啟動(dòng),將難以真正降低系統(tǒng)功耗。因此,林任烈提到,MCU廠商除了導(dǎo)入睡眠模式設(shè)計(jì)外,亦極為注重如何加速喚醒時(shí)間。據(jù)了解,目前市面上MCU在喚醒時(shí)間的平均表現(xiàn)水準(zhǔn)約為5?8毫秒(ms)。

  另一方面,MCU與周邊感測(cè)器、無線射頻(RF)元件的傳輸介面亦攸關(guān)MCU是否能達(dá)到有效睡眠模式。林任烈解釋,由于睡眠模式中MCU與周邊元件的運(yùn)行方式系隨著資料傳輸速度而變動(dòng),也就是資料傳輸速度愈快,MCU與周邊元件喚醒/工作模式切換的時(shí)間就愈短;因此,串列周邊介面(SPI)、I2C、輸入/輸出(I/O)接腳等傳輸介面的設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是「搶快」,愈高速的傳輸介面才能愈快喚醒MCU,并且縮短MCU處理資料的時(shí)間,從而讓裝置更省電。

  林任烈補(bǔ)充,現(xiàn)在愈來愈多訴求低功耗與高效能的MCU,也開始導(dǎo)入可加快記憶體存取速度的多通道直接記憶體存取(Direct Memory Access, DMA)控制器,借此在不喚醒MCU的狀態(tài)下執(zhí)行及分配資料存取。也就是說,DMA控制器能將多筆資料分配儲(chǔ)存至靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體(SRAM)及快閃記憶體(Flash)中,待記憶體儲(chǔ)存至一定容量后再喚醒MCU,使其能一次處理多筆資料,讓進(jìn)入睡眠模式的MCU不會(huì)被輕易打擾。

  另外,也有MCU開發(fā)商透過低功耗感測(cè)器介面(Low Energy Sensor Interface, LESENSE)和周邊反射系統(tǒng)(PRS)的設(shè)計(jì)以改善MCU處于睡眠模式下的系統(tǒng)運(yùn)作表現(xiàn);如芯科實(shí)驗(yàn)室藉由不斷優(yōu)化這兩項(xiàng)設(shè)計(jì)開發(fā)出超低功耗MCU--EFM32 Gecko;讓MCU即使進(jìn)入睡眠模式,MCU的周邊元件,如類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)等,亦能自行配對(duì)、自主性擷取與傳遞資料。

  值得一提的是,除了以安謀國際(ARM)Cortex-M系列核心打造的低功耗MCU正在穿戴式裝置市場(chǎng)大行其道外,亦開始有廠商將采用以Cortex-A系列打造的微處理器( MPU)導(dǎo)入穿戴式裝置,讓穿戴式裝置得以實(shí)現(xiàn)更高階的應(yīng)用功能。

  鎖定中高階穿戴式產(chǎn)品MPU方案露頭角

  飛思卡爾(Freescale)微控制器事業(yè)部亞太區(qū)市場(chǎng)行銷和業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理王維認(rèn)為,穿戴式裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)除集中在整個(gè)產(chǎn)品的重量、功耗、易用性之外,產(chǎn)品的功能面是否能滿足消費(fèi)者需求亦為重要考量。

  王維表示,目前MCU方案鎖定的主要是中低階的穿戴式裝置,而MPU產(chǎn)品主要鎖定的是高解析度彩色螢?zāi)坏裙δ芨鼮閺?fù)雜的中高階應(yīng)用;如飛思卡爾的i.MX6系列MPU即系針對(duì)此需求所推出。

  不過,目前MPU方案還在接受其是否能真正符合市場(chǎng)需求的考驗(yàn)。Sharma認(rèn)為,處理器廠商推出MPU方案的宣示性作用大于實(shí)際效用,主要系由于MPU方案相對(duì)地會(huì)帶來更高的耗電量,導(dǎo)致穿戴式裝置須頻繁充電,若無良好的配套方案將難以為消費(fèi)者所接受;因此芯科實(shí)驗(yàn)室短期內(nèi)并不會(huì)考慮跟進(jìn)開發(fā)Cortex-A系列的處理器,仍將聚焦于超低功耗的MCU。

  盡管如此,可實(shí)現(xiàn)更高效能運(yùn)作模式的應(yīng)用處理器(Application Processor, AP)仍快步在市場(chǎng)上嶄露頭角,特別是在智慧型眼鏡應(yīng)用領(lǐng)域,可望與MCU方案一較高下。




關(guān)鍵詞: MCU 可穿戴 低功耗

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