可使電池壽命長達20年的微控制器節(jié)能設計

　　一個32位的內(nèi)核比能力較小的MCU花更少的時間去積極完成一項相同的任務：同時，該內(nèi)核在運行時使用的功率也應盡可能低。集中于低功耗的IC設計師們得到了許多精致的設計來實現(xiàn)其目標。例子包括優(yōu)化所有芯片同步邏輯的時鐘門控結(jié)構，并組織總線系統(tǒng)和內(nèi)存 –SRAM和閃存- 在任何特定處理中的最小開關 -。采用全套低功耗設計方法會在閃存中產(chǎn)生一個運行典型代碼的ARM Cortex - M3內(nèi)核，而使用少到180μA/MHz的能量。認真使用這些相同的技術可以保證數(shù)字測量準確，減少到低時鐘速率，而不僅是一個最佳性能數(shù)字。一旦MCU被喚醒并執(zhí)行應用代碼，M3內(nèi)核使用Thumb2指令集也有助于減少“活躍時間”。有了這樣的緊湊型16位指令的雙取指令功能，Thumb2ISA的效率非常好。

　　在減少電流乘微秒產(chǎn)品時，MCU設計師有很多更好的策略要部署。一個是不僅減少內(nèi)核在實際處理應用代碼時所花的時間，而且縮短喚醒刺激之間的解決時間 - 無論是定時生成或事件驅(qū)動 - 并且CPU正在準備做“真正的工作”。一條線路是最大限度地減少啟動時間以及內(nèi)核的時鐘信號供應。眾所周知，當一個晶體振蕩器從關閉狀態(tài)中啟動時，在作為一個系統(tǒng)時鐘使用之前，它需要一些時間來穩(wěn)定其輸出。相反，一個RC振蕩器作為MCU必須完成的所有任務的時基可能不夠準確，但會在開機后的幾乎一瞬間產(chǎn)生有規(guī)則的輸出。部分解決方案是縮短同時提供信號的時間; CPU在開機的同時就開始運行，用RC振蕩器調(diào)整時鐘，而一個小控制電路等它一穩(wěn)定下來就將時鐘源傳到一個晶體振蕩器上。RC振蕩器輸出中任何頻率精度的不足都不很重要，因為使用它的周期較短。

簡單的任務不需要MCU內(nèi)核

　　盡管設計師十分注意要用一個有能力的處理內(nèi)核來提供功率，并且在盡可能短的時間內(nèi)實現(xiàn)了這個目標， 對芯片設計師和系統(tǒng)設計師有用的是要問問給定任務是否需要這樣的內(nèi)核：如果喚醒它只是執(zhí)行簡單任務的話，即使是最節(jié)能的內(nèi)核也會浪費電池的電荷。我們再用環(huán)境傳感器的應用作個例子 –它可能需要定期測量，但只需在不頻繁的時間間隔內(nèi)將測量結(jié)果報告到中央數(shù)據(jù)記錄器里。運行通信接口的軟件堆棧一定會要求喚醒MCU內(nèi)核，但會更頻繁地打開模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器，指揮A / D轉(zhuǎn)換，并以低功耗內(nèi)存積累結(jié)果，如果只要求外圍設備設置在互連矩陣（圖4）的控制下自主運作的話，消耗的功率會很少。由于應用的差別很大，選擇哪些功能模塊來供電以及它們?nèi)绾芜B接的高度靈活性對充分利用這一概念非常重要。

在電源預算中加密碼

　　眾所周知，在現(xiàn)代CMOS半導體工藝中，為硬連接塊IC增加功能的硅區(qū)成本相對較低。這產(chǎn)生了輕微的與直覺不一致的結(jié)果，為了把功耗降到最低，最有效的選擇往往是增加門控數(shù)。有了先進的鐘樹設計、時鐘門控和線路板電源開關， IC設計人員可以隨時隨地很容易地完全切斷電源。這種方法的一個突出功能就是加密。即使是看似平常的數(shù)據(jù)現(xiàn)在也通過例行的加密來保證安全，通常已知的算法為AES。這對一個32位MCU內(nèi)核而言不是一項具有挑戰(zhàn)性的任務，但它確實占用了大量的處理器周期，延長了總的微安倍乘總微秒。大多數(shù)這些周期花在了執(zhí)行一些內(nèi)部循環(huán)中的算法上; 增加一個AES加速器硬件模塊會使MCU停止AES算法，轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ糜布?，并與其它處理器和睦相處，以更少的周期得到加密（或解密）結(jié)果。

　　迅速擴大的能源敏感應用類別 - 由少數(shù)高端類別如智能電能計量領導 - 重新界定了用電池驅(qū)動一個產(chǎn)品的意思：這些產(chǎn)品必須在一個單電池的驅(qū)動下提供服務，并比較電池本身的貨架期，在電池制造商指定的最大時間間隔的相同范圍內(nèi)：達到，甚至超過20年。只有一個高度集成的單芯片的微控制器能為這樣的設計提供一個現(xiàn)實的解決辦法。IC設計師們十分注重低功耗芯片設計的每個方面，現(xiàn)在可以提供現(xiàn)代、功能強大的32位處理器內(nèi)核給產(chǎn)品設計師了，而同時盡可能地降低了功率要求。