ARM Cortex-M4運(yùn)行更快、休眠功耗更低

像許多MCU一樣，Cortex-M3/4處理器通常能夠采用高時(shí)鐘速率的方法在中斷驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中節(jié)省能耗。如果處理器大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，這種看似違背直覺(jué)但普遍采用的節(jié)能策略就會(huì)很好，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)間減少所節(jié)省的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于稍高的操作電流。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，多花10%的電可以省掉20%的時(shí)間，總體來(lái)說(shuō)是節(jié)能了。

這種技術(shù)可以應(yīng)用在任何Cortex-M系列的處理器上，而涉及密集運(yùn)算任務(wù)的應(yīng)用也能從Cortex-M4處理器的額外能力中受益。它的單周期DSP指令和可選的浮點(diǎn)加速器能大大減少諸如數(shù)字信號(hào)處理、過(guò)濾、分析或波形合成等功能所需要的執(zhí)行周期數(shù)。

一些應(yīng)用僅僅需要DSP處理能力。例如，有些安全系統(tǒng)采用一種以聲學(xué)分析來(lái)感測(cè)玻璃破損的裝置。玻璃破損時(shí)會(huì)發(fā)出一連串獨(dú)特的聲音和振動(dòng)，并且在玻璃特有的固有頻率時(shí)達(dá)到最大，在這個(gè)例子中是13kHz。大多數(shù)采用傳感器接口的系統(tǒng)只有在所監(jiān)測(cè)的頻率被監(jiān)測(cè)到時(shí)，才喚醒處理器。但是當(dāng)設(shè)計(jì)中使用帶DSP功能的Cortex-M4時(shí)就能額外節(jié)能，因?yàn)樗趫?zhí)行實(shí)際的玻璃破損分析時(shí)比軟件解決方案更快。

甚至，這些使用基于M4微控制器的應(yīng)用可以更加節(jié)能，因?yàn)镸CU中所包含的高級(jí)休眠模式和自治外設(shè)可以在CPU休眠時(shí)執(zhí)行許多日程任務(wù)。例如，以Cortex-M4為內(nèi)核的Wonder Gecko MCU7具有五種不同的低功耗模式，包括20nA的關(guān)機(jī)狀態(tài)和950nA的深度休眠模式（實(shí)時(shí)時(shí)鐘有效、RAM和寄存器內(nèi)容保持、使能掉電檢測(cè)）。

上面提及的節(jié)能特性也能帶來(lái)其它優(yōu)勢(shì)。例如，在超音波/聲學(xué)水表之類的應(yīng)用中，它們必須在小電池供電下運(yùn)行多年，需要MCU盡可能長(zhǎng)的保持在休眠狀態(tài)。除了有助于減少M(fèi)CU喚醒時(shí)間之外，Cortex-4 DSP和浮點(diǎn)算術(shù)指令也能使用成熟的濾波功能從廉價(jià)聲學(xué)傳感器輸出中獲得所需的信息，從而避免采用昂貴的超聲波流量傳感器。在這個(gè)應(yīng)用實(shí)例中，Wonder Gecko MCU的外設(shè)還能夠作為模擬狀態(tài)機(jī)提供額外的能量節(jié)省，它僅僅在需要時(shí)才喚醒Cortex-M4處理器。

結(jié)論

雖然并不完備，但這些林林總總的秘訣與妙方應(yīng)該能讓各位產(chǎn)生好的思路，可以在下一次設(shè)計(jì)中充分利用Cortex-M系列中一些較不為人知的特性所帶來(lái)的好處。為了發(fā)揮ARM Cortex-M系列的這些和其它重要功能，可參考本文末段的參考資料，它們提供了所需的更多細(xì)節(jié)。

此外，如何通過(guò)選擇搭配有合適I/O、加速器和其它先進(jìn)外設(shè)的ARM MCU來(lái)改善設(shè)計(jì)性能、功耗和解決方案成本，來(lái)自Silicon Labs的EFM32 Gecko和Wonder Gecko MCU系列產(chǎn)品提供了極佳范例。