針對可穿戴應(yīng)用MCU廠力拼低功耗設(shè)計(jì)

　　為了符合大多數(shù)穿戴式裝置對于低功耗的需求，MCU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MCU處于睡眠狀態(tài)的耗電情形，此將成為MCU廠能否成功搶進(jìn)穿戴式市場的重要指標(biāo)。

　　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，無不戮力針對穿戴式裝置發(fā)布新一代低功耗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)到超低功耗的表現(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、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。