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IAR Embedded Workbench for Arm 全面支持普冉半导体 32 位 Arm® Cortex® - M0+/M4 系列微控制器 中国上海 – 2023 年 10 月 11 日 – 嵌入式开发软件和服务的全球领导者 IAR 与普冉半导体共同宣布达成合作： IAR Embedded Workbench for Arm 将全面支持普冉半导体 32 位 Arm® Cortex® - M0+/M4 系列微控制器。 IAR 将为普冉提供完整的开发工具支持，包括但不限于代码编辑、编译、调试等功能，使开发者能够充分发挥普冉 MCU 的潜力，高效快速推进项目，加速产品上市。 普冉半导体位居行业前列，专注于提供低功耗的非易失性存储器（ Flash/EEPROM ）以及 MCU 芯片。其 MCU 产品基于强大的 32 位 Arm® Cortex® - M0+/M4 内核，采用高性能的 Flash 工艺，注重超低功耗设计。普冉半导体独具实力，拥有丰富的解决方案开发经验和技术支持团队，能够为客户提供全面的技术文档和软硬件开发支持。普冉已经在亚太区域设立了广泛的销售渠道，在日本、韩国等地设立了分支机构，在越南、新加坡、印度、以色列、泰国等地建立了合作的代理渠道，可以给亚太区域客户提供更好的技术支持。 目前，普冉半导体已成功推出多款 MCU 产品，包括搭载 32 位 Arm® Cortex® - M0+ 内核的系列，如 PY32F030/003/002B/L020 以及 PY32F072/040/031 ，还有搭载 32 位 Arm® Cortex® - M4 内核的系列，如 PY32F403/303 等。这些产品广泛应用于多个领域，包括消费电子、物联网（ IoT ）、医疗、工业控制等，为不同行业的创新和发展提供了坚实的技术基础。 IAR Embedded Workbench for Arm 是全球数以万计的开发者首选的嵌入式软件开发解决方案。这个强大的工具套件不仅具备卓越的代码优化功能，可以最大限度地发挥所选 MCU 的性能潜力，还能保持应用程序的高能效。该解决方案还提供了一系列强大的调试功能，包括灵活的代码和数据断点、运行时堆栈分析、调用堆栈可视化、代码覆盖率分析，以及与 IAR 的硬件仿真器 I-jet 配合使用，可以实现无限制的 Flash 断点。此外， IAR Embedded Workbench for Arm 还集成了静态代码分析工具 C-STAT ，支持 MISRA 、 CWE 和 CERT 编码标准，以及动态代码分析工具 C-RUN ，可用于检测算术错误、数组访问越界等问题。这些功能有助于开发者在日常开发过程中尽早发现潜在问题，从而提高代码质量。 IAR 还提供经过 TÜV SÜD 认证的功能安全版本，满足 ISO 26262 等十项功能安全认证标准，帮助开发者加速功能安全产品的开发和认证，为开发安全可靠的嵌入式系统提供了有力支持。 普冉半导体研发副总裁曹余新表示：“我们很高兴能与 IAR 达成此次合作， IAR Embedded Workbench for Arm 是业界公认的嵌入式集成开发解决方案的领导者，此次合作必将为普冉 MCU 系列产品带来更全面的开发支持。普冉半导体 MCU 系列产品广泛应用于消费类可穿戴、小家电、工业类物联网、医疗、电机控制、仪器仪表等领域。” IAR 亚太区副总裁 Kiyo Uemura 表示：“ IAR 与普冉半导体的合作，不仅将加强国内半导体领域的实力，还将积极推动整个生态圈的建设。我们将投入更多资源和精力，全力支持国内半导体产业的高效发展。通过提供专业的开发工具支持，我们不仅助力客户取得成功，还积极推动生态系统的繁荣，共同引领行业创新的浪潮，为国内半导体领域的蓬勃发展贡献更多力量。” 更多普冉半导体 32 位 Arm® Cortex® - M0+/M4 系列微控制器信息，请访问： www.puyasemi.com 。 更多 IAR Embedded Workbench for Arm 信息，请访问： www.iar.com/cn/arm 。

CX32L003是一款内嵌32位ARM® Cortex®-M0+内核的超低功耗、Low Pin Count和宽电压工作范围(2.5V～5.5V)的微控制器，最高可运行在24MHz，内置32K/64K字节的嵌入式Flash，4K字节的SRAM，集成了12位1Msps高精度SAR型ADC、RTC、比较器、多路UART、SPI、I2C和PWM等丰富的外设接口，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性的特点。 CX32L003系列具有宽电压工作范围、低功耗、低待机电流、高集成度外设、高操作效率、快速唤醒及高性价比等优势，广泛适用于下列应用：小家电、充电器、遥控器、燃气报警器、数显表、温控器、记录仪、电机驱动、智能门锁、智能传感器、智能家居以及智慧城市等。 产品描述： 32-bit MCU, up to 64 KB Flash, 4 KB SRAM 功能描述： 内核：ARM® Cortex®-M0+内核，最高运行到24MHz 存储器：32K/64K字节嵌入式Flash，具有擦写保护功能；4K字节SRAM 时钟与电源：4路可选时钟源，支持硬件时钟监视；电源管理，两种低功耗工作模式：Sleep、Deep Sleep Mode，低电压检测，可配置为中断或复位 中断：嵌套向量中断控制器(NVIC)用于控制32个中断源，每个中断源可设置为4个优先级 通信接口：UART0-UART1标准通讯接口；支持低速时钟的超低功耗UART；SPI标准通讯接口，最高达8Mbps；2C标准通讯接口，主模式最高支持1Mbps，从模式最高支持800Kbps；One-Wire通讯接口 定时器/计数器：1x16位高级控制定时器：有4通道PWM输出/输入捕获，支持3路互补输出，以及死区生成和紧急停止功能；1x16位通用定时器，支持4路比较输出/输入捕获，PWM输出；1x16位可编程定时器阵列，支持5路输入捕获/比较输出，PWM输出；2x16/32位基础定时器/计数器；1x16位低功耗定时器；自动唤醒定时器；系统窗口看门狗和独立看门狗定时器 ADC：7通道12位1Msps采样速率，12位SAR型ADC RTC：支持RTC计数(秒/分/小时)及万年历功能(日/月/年)；支持闹铃功能寄存器(秒/分/小时/日/月/年)；支持RTC从Deep Sleep模式唤醒系统 工作条件：宽电压工作范围2.5V至5.5V；宽工作频率最高至24MHz；工作温度：-40°C至+85°C 16字节的芯片唯一ID (UID) 开发工具：全功能的嵌入式调试解决方案；在系统编程(ISP编程)方案 封装形式：TSSOP20、QFN20 功能框图

IAR Systems 联合 Alif Semiconductor 通过强大的人工智能（ AI ）和机器学习（ ML ）功能来加速嵌入式领域的创新 瑞典乌普萨拉， 2022 年 4 月 —— 嵌入式开发软件和服务的全球领导者 IAR Systems® 日前宣布：其领先的 Arm® 开发解决方案现已为 Alif Semiconductor™ 的 Ensemble™ 和 Crescendo™ 系列提供支持，从而打造了基于人工智能的、高效微控制器（ MCU ）和融合处理器。购买了 Ensemble 或 Crescendo 器件的公司能够利用知名的开发工具链 IAR Embedded Workbench® for Arm ，以实现高性能的且强大的代码优化功能。 Alif Semiconductor 的这些高能效产品系列现可提供多达 4 个处理内核，以及人工智能 / 机器学习（ AI/ML ）加速、多层安全、集成的 LTE Cat-M1 和 NB-IoT 连接、全球导航卫星系统（ GNSS ）定位等功能，从而使其应用范围得到了大幅扩展。同时， IAR Embedded Workbench for Arm 提供了强大的代码优化功能，以协助开发者最大限度地发挥器件的性能，同时又尽可能地保持能源效率。 “ Alif Semiconductor 的高水平功能集成为开发者提供了真正的单芯片物联网系统。” Alif Semiconductor 高级营销总监 Mark Rootz 表示：“签订合作协议后，我们的客户将能使用 IAR Systems 世界级的开发工具，确保他们创建的应用能够受益于业界最强大的优化技术。” “ IAR Systems 将携手 Alif Semiconductor 去赋能下一代嵌入式互联应用。” IAR Systems 产品经理 Anders Lundgren 说道：“我们的 Arm 开发工具采用了领先的编译器技术，对代码大小和速度都进行了优化，另外还具有高性能的调试功能，从而为企业提供了一个很好的平台，以最大限度地发挥 Alif 具有人工智能功能的 Ensemble 和 Crescendo 系列产品的潜能。” 关于 IAR Systems IAR Systems 针对嵌入式开发提供符合未来需求的软件工具与服务，使全球各地企业为当前的需求和未来的创新着手开发相关的产品。自 1983 年起， IAR Systems 的解决方案便致力于保障开发质量、可靠度、效率，并开发出超过 100 万种嵌入式应用。该公司总部位于瑞典 Uppsala ，在世界各地设有销售和支持分公司。自 2018 年起，全球设备安全、嵌入式系统和产品生命周期管理领域内的专业公司 Secure Thingz 成为 IAR Systems 集团（ IAR Systems Group AB ）旗下企业。 IAR Systems 集团在斯德哥尔摩纳斯达克 OMX 中小板上市。更多信息，请访问 www.iar.com 。 关于 Alif Semiconductor Alif Semiconductor 成立于 2019 年，其愿景是满足市场快速增长的对广泛的、可扩展的、互联的、真正高效的 AI 嵌入式计算解决方案的需求。这种需求促使 Alif Semiconductor 创建了一类全新的嵌入式控制器，也被称为融合处理器。此类器件通过开启创新的低功耗技术、无与伦比的功能集成、具有加速功能的 AI 和 ML 边缘处理、高安全性、无处不在的无线连接和操作系统的多样性，将技术无缝融入到日常生活之中。如需了解更多信息，请访问 www.alifsemi.com 。

　　【哔哥哔特导读】2008年皮克斯动画工作室推出《机器人总动员》科幻电影后。相信有不少观众都会想象未来会不会也有自己专属的清洁机器人呢?那么，近期《半导体器件应用》杂志便对一款来自科沃斯地宝(ECOVACS DEEBOT)的地面清洁机器人DG710进行拆机图解，为大家带来如今科技感十足的扫地机器人是怎样的? 　　2008年皮克斯动画工作室推出《机器人总动员》科幻电影。 　　故事发生在800多年后，那时人类社会、科技高度发达，但地球环境也被重度污染，早已不再适合生命生存，就在人类离开地球的时候，留下了一台名为WALL-E的机器人，它经过一系列的程序设定，年复一年、日复一日的在为地球做着清理垃圾的工作。后来，WALL-E在满目疮痍的地球发现新绿植的那一瞬间，相信不少观众都会为这台小机器人坚持不懈的行为有所触动，或许会想象未来会不会也有自己专属的清洁机器人呢? 　　时至今日，曾经遐想已经变成现实。人们逐渐从亲自动手清洁转变为交由科技产品代劳，最明显的表现就是越来越多家庭选择使用扫地机器人作为日常清洁的手段，它在很大程度上帮助我们与琐碎繁杂的家务劳动挥手告别，尤其是对于优雅精致的“都市懒人”来说，不仅时刻保证了居住地面的整洁，还能节约了大量打扫卫生的时间。 　　根据Euromonitor前瞻产业研究院发布数据，2019年我国扫地机器人零售量和零售额分别达到544万台和80亿元，并预计2024年我国扫地机器人零售量和零售额分别将达724万台和129亿元，复合增速(2019-2024)分别达5.9%和10.0%。而根据全拓数据显示，扫地机器人渗透率在日本、欧洲地区占比为10%，北美地区占比为13%，国内地区占比只有4%。 　　由此可见，虽然相较于欧美日国家等地区，目前我国扫地机器人行业渗透率仍相对较低，普及率也并不高，不是属于传统的刚需产品，但是它作为智能生活的前沿代表，已经开始获得当代中青年消费群体的青睐，并且与之相关的技术或产业链也日渐成熟完善，大大降低了消费用户购买成本，人们只需花上个几百人民币就可拥抱一台现代科技产品。 　　那么，近期《半导体器件应用》杂志便对一款来自科沃斯地宝(ECOVACS DEEBOT)的扫地机器人DG710进行拆机图解，为大家带来如今科技感十足的扫地机器人是怎样的?以及什么类型的产品才能全面完成室内卫生清洁且又极具性价比优势? 　　扫地机器人工作方式 　　扫地机器人的清洁方式可分为扫、吸、拖三步。“扫”主要依靠边刷和滚刷来实现，能将灰尘垃圾扫到机器的吸口处便于吸入尘盒;“吸”是依靠电机的高速转动形成吸力，将灰尘垃圾吸入尘盒;“拖”是指对面进行湿拖清洁，同时还可以加入除菌液或消毒液搭配使用。 　　科沃斯地宝扫地机器人DG710 产品外观 　　 　　纸箱包装，简约图案，印有品牌LOGO 　　 　　拆开纸箱，可得： 　　主机*1 　　充电座*1 　　边刷*1对 　　清理小工具*1 　　渗水抹布*1 　　清洁液*1 　　量杯*1 　　产品说明书*1 　　 　　DG710正面特写，表面只有一个自动清扫与启动按键，品牌LOGO下方有贴心的扳手位置，可以方便掀开装饰盖取出尘盒，其整体极简的设计外观与银润白的色调较为适合搭配各类家居风格。 　　 　　DG710底部特写，底部主要是采用对称式设计，标贴显示该款产品的相关参数、厂家信息及各种认证标准。左侧下方有一个总电源开关推键，正前方中间为万向轮，主导前进方向，两边是充电对接触片，左右各自一个可拆取三页边刷以及固定驱动轮。 　　还可以观察到边刷归拢的垃圾是可以直接由毛刷扫入中间的灰尘盒。 　　 　　DG710底部驱动轮使用了橡胶耐磨履带胎面，交错纹设计，弹簧避震结构，提升了轮胎在粗糙地面上的使用寿命，可一定程度的高低自动按压，能够翻越1.6cm(带水箱)高地毯、小台阶等。 　　 　　DG710左右驱动轮与边刷之间位置各有一个下视悬崖感应器，遇到台阶会自动回退，切换路线，有效的防止了扫地机器人坠落问题。 　　 　　DG710侧边特写，顶图中间黑色区域为红外滤光片，其作用为减少环境光对红外传感器的干扰，以便更好的探测前方路障情况;底图可见横向黑色椭圆形区域的是红外辅助回充传感器滤光片，其作用为更好的找寻与对接充电底座，另外，其周边呈Y字形设计的为排风口，除了帮助内部器件散热外，还可以避免出风时吹动垃圾并减少出风噪音。 　　在拆解之前，首先大概了解一下该款扫地机器人DG710的基础性信息;尺寸337x337x77，净重量2.8KG，结构尺寸重量适中，不会太占有摆放空间，机身高度约7.75cm，可以较为灵活进入家具底部进行清扫，并具有渗水湿拖功能，水箱容量为0-80毫升，可借助手机APP，实时掌控机器状态。机身都有配置多项且齐全的红外传感器，能够智能判断家庭环境，进行假障碍(窗帘、床单等)识别，从而决定是否启动减速轻碰程序。 　　科沃斯地宝扫地机器人DG710 拆解 　　第一步：用螺丝刀卸下底部表面6颗螺丝，并收紧边刷用力将其取下，随后再用螺丝刀卸下顶部塑料件的8颗螺丝与周边的4颗螺丝，取出塑料固件。 　　第二步：拆卸顶部盖板，打开盖子取出尘盒，尘盒容量为0.35L，随后用螺丝刀沿着机身边缘缝隙撬开顶盖，接着通过观察卡扣位置，用力一拉即可，就可以取出侧边的防撞条以及抠出电池组。 　　第三步：拔出顶盖与后板和主板连接的数据接口，便可彻底分离塑料外壳。 　　一般而言，扫地机器人的整体结构主要分为传感器、控制器、执行部件三大方面，工作流程是由传感器获取信息，接着通过控制器结合算法发送指令到执行部件，扫地机器便可开始工作。 　　 　　整机内部主体一览，清晰可见整个扫地机器人的核心处理与存储芯片主板以及其他执行器件 　　 　　顶盖前方的防撞条内侧设置了较长、较厚的缓冲海绵，中间位置为红外传感器 　　 　　主机后方的红外辅助回充传感器 　　 　　电池组外部套上了热束膜，接口方式和PC设备电源供电的插拔接口类似，电池类型为镍氢电池，产品型号为DM88-BYD，标准电压为12V，额定容量为3000mAh，电芯型号为H-SC3000P，制造厂商为比亚迪股份有限公司。 　　主控面板部分 　　 　　主控板的零部件皆有涂上一层厚厚的UV胶，以及7个固态电容器件。 　　UV胶是一种必须通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用，也可作为油漆、涂料、油墨等的胶料使用。在电子器件应用领域上，它的耐低温、高温高湿性能极优。 　　由于该款产品带有湿拖功能，很容易受到水汽的影响，缩短元器件使用寿命，因此，必要的防水措施是缺一不可的。 　　 　　(图片经过拼接)主控面板左右两端的电机装置S.M.C MOTOR 属于无刷电机，主要负责边刷驱动。 　　 　　主涡轮风机座709J060、提供吸力、ZIF接口、电机品牌为尼德科(Nidec)，吸力约为1000pa/aw。 　　 　　主控面板环节;采用了乐鑫信息科技的ESP-WROOM-02贴片式WIFI模组。 　　该模组是基于ESP8266EX 芯片设计开发的物联网无线模组。它集成了 TCP/IP 网络协议栈，32 位低功耗 MCU，10 比特精度 ADC，并带有 HSPI、UART、PWM、I2C 和 I2S 等接口。ESP-WROOM-S2 模组 2 MB SPI Flash，接在 HSPI 上。作为 SDIO 中的 SPI 从机模式工作时，传输速率可达 8 Mbps。 　　此外，模组尺寸小巧，仅为 18 mm x 20 mm，易于集成到空间受限的产品设计当中。 　　 　　划开UV胶后，清晰可见主控芯片是采用兆易创新(GigaDevice)GD32F103VGT6系列，芯片架构沿用ARM Cortex-M3内核，主频(MHz)最高可运行至108，内部集成Flash(KB)为1024，RAM为96K，同时集成16个独立的12位ADC通道，工作电压为2.6V到3.6V，可以大大延长电池使用寿命，非常适合智能产品应用。 　　GD32F103XX系列特点：基于ARM的32位通用微控制器，RISC核心具有最佳的处理能力，降低功耗和外围设备。Cortex-M3是下一代处理器核心，与嵌套矢量中断控制器、SysTick定时器和高级调试支持紧密耦合。 　　工作在108兆赫频率与闪存访问零等待状态，以获得最大的效率。它提供高达3MB的片上闪存和高达96KB的SRAM内存与两个APB总线连接的广泛增强I/O和外围设备。 　　设备提供最多三个12位ADC，最多两个12位DAC，最多10个通用16位定时器，两个基本定时器加上两个PWM高级定时器，以及标准的高级通信接口：最多三个SPIS，两个I2SC，三个UASRTs,两个UART，两个I2SS，一个USBD，一个CAN和一个SDIO。 　　该装置工作在2.6到3.6V的电源，并可在-40至85℃的温度范围内使用，而且几种节能模式为唤醒延迟和功耗之间的最大优化提供了灵活性。 　　应用领域： 　　• 工业控制、电机驱动 　　• 电力监控、报警系统 　　• 消费类电子、车载GPS 　　• 视频对讲机、PC外围设备等等 　　 　　图中右方：万国AOS(Alpha & Omega Semiconductor)的30V P-Channel AO4459功率器件。该器件将先进的沟槽MOSFET技术与低电阻封装技术相结合，提供极低的RDS(ON)装置，是负载开关的理想设备，能够适合电池保护的应用。 　　产品特点： 　　FET 类型：MOSFET P 通道，金属氧化物 　　FET 功能：逻辑电平门 　　漏源极电压 (Vdss)：30V 　　电流 - 连续漏极 (Id)(25°C 时)：6.5A(Ta) 　　不同 Id、Vgs 时的 Rds On(最大值)：46 毫欧 @ 6.5A，10V 　　不同 Id 时的 Vgs(th)(最大值)：2.5V @ 250μA 　　不同 Vgs 时的栅极电荷 (Qg)：16nC @ 10V 　　不同 Vds 时的输入电容 (Ciss)：830pF @ 15V 　　功率 - 最大值：3.1W 　　安装类型：表面贴装 　　封装/外壳：8-SOIC(0.154"，3.90mm 宽) 　　 　　万国AOS 30V P-Channel AO4459 基础说明 　　图中左方：M7整流二极管，其具有明显的单向导电性，主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。 　　 　　由于标识模糊，无法得知具体型号，但依然可知该两款器件为德州仪器的充电管理IC。 　　值得注意，专用的充电管理IC能够给系统提供精准的充电控制，完备的保护机制，提高电池的使用寿命，降低与优化整体系统成本有着非常重要的意义。 　　 　　江苏长电科技(JCET)的D882M晶体管(NPN)，该三极管的额定功率为1.25W，集电极电流Ic为3A，集射极击穿电压Vce为30V。 　　 　　新唐科技(Nuvoton Technology )的3声道数字 ChipCorder 音频芯片ISD2260系列。 　　产品主要特性：数字解压缩、全面的存储管理方式、OTP存储器、集成的多达3个声道，可多声道同时播放音频信号、D类扬声器驱动可输出功率1W。 　　 　　ISD2260功能框图 　　 　　爱普生(EPSON)的RX-8010SJ 低功耗实时时钟模块;内置频率校准的32.768K晶体单元，计时/日历功能，定时中断等功能，内置128bit RAM，I2C总线的接口类型，C-MOS或N-ch开漏输出的32.768k频率输出功能，1.6V至5.5V接口电压范围，1.1V至5.5V时钟数据保持电压，160nA/3V Typ的电流功耗。 　　 　　CD贴片电感，感量为100uh 　　 　　LIXING CR1220 3V纽扣电池，标准容量38mAh。 　　 　　全部拆解完毕 　　半导体器件应用网总结 　　半导体器件应用网通过拆解了解到，由于在电路主控模组是采用了兆易创新的GD32F103VGT6系列微控制器、乐鑫信息科技ESP-WROOM-02贴片式WIFI模组、万国AOS30V P-Channel AO4459功率器件、德州仪器的充电管理芯片以及其他重要元器件，所以能做到极佳的信息运算能力，可选择的多种省电模式，确保高性能的同时实现了最佳的能耗比，符合高可靠性标准，并具有多方面的兼容性来轻松应对如今飞速发展的智能应用挑战。不仅如此，还能实现不单纯依靠3000mAh容量电池，也能优秀的控制能耗，并且以低功耗高性能的优势达到持久续航，保障了长时间稳定工作。 　　而在驱动方面由于风机座与驱动轮都采用了无刷电机模块，因此可以做到速度更快、损耗减小，噪音更小，输出功率更大，其吸力可达到1000Pa，可以较为强劲的轻松清理各种灰尘垃圾。另外，优秀的芯片组搭配上多项红外传感器，可以更好的精确定位、敏锐控制角度和控制行进方向，保持了有规律清扫的节奏。 　　其实一款优秀的扫地机器人除了本身的硬件结构之外，最核心的部分还要提及算法部分。例如在相对家居环境比较复杂的情况下，优秀的算法可以帮助机器安全清扫并且返回充电区域，而该款扫地机器人就配合了当下流行的Slam智能算法，记忆了清扫距离和位置信息，进行智能补漏，不会落下任何一个角落，可以说相当具有智能和科幻感。 　　此外，在扫地机器人智能移动当中，SLAM算法发挥了无可比拟的作用，尤其是点到点的自主移动，如果再加入路径规划和运动控制后，SLAM算法技术就能让机器变得更加智能，而该款扫地机器人就特别融合了Smart Move路径规划技术，真正实现了机器行动自如，有条不紊的全屋覆盖扫拖，让我们的现实生活变得省事方便。 　　本文为哔哥哔特资讯原创文章，如需转载请在文前注明来源

在我们的生活中，充满着数量不断增长的微型电池供电设备及系统。这些嵌入式系统必须长期使用相同的电源供电，才能降低反复出现的维护成本或避免最终用户频繁更换电源。 本文将介绍设计低功耗系统的各种考量及其利弊权衡。及早规划可以在优化系统实现低功耗的同时，减少对返工和/或代码重新编写的需求。这些考量包括： 1. 应用层面的低功耗设计； 2. 了解功耗与性能之间的利弊权衡； 3. 使用可优化功耗的软硬件技巧。 嵌入式应用中的功耗因素 任何给定系统中的功耗都可分为两大类： i. 静态功耗：静态功耗指器件在未运行代码、等待特定事件触发系统唤醒至工作模式时所消耗的电源。静态功耗的主要来源包括系统中流过的漏电流、模拟偏差、不能关闭的模块以及运行RTC、看门狗定时器和中断控制器等独立代码的模块。该电流与器件的工作电压成正比。工作电压越高，漏电流就越大； ii. 动态功耗：系统处于工作状态，CPU执行程序代码时所消耗的电源称为动态功耗。系统的动态电流取决于工作频率、电压以及有关总线与电路设计的寄生电容。计算方法为： P = V 2 * f * C V为电压、f为工作频率、C为输出端的寄生电容 静态与动态功耗的图形表达： 对于任何给定的晶体管，其静态功耗在给定电源电压下基本上是恒定的。静态功耗源于漏电流（CMOS电路）或偏置电流（工作模拟电路），主要取决于系统类型。 晶体管中的动态功耗发生在电压转换过程中。在这些转换过程中，CMOS对会进入某个状态，在该状态下CMOS对的器件均部分开启，充当电阻器，从而可形成一种分压器电路。这种虚拟分压器电路消耗的电源要比所定义逻辑电平下的漏电流高很多。这就是为什么动态功耗与电路中的开关频率成正比的原因所在。因此在定义低功耗嵌入式系统时，它是最根本的注意事项之一，即要尽量减少系统的开关事件。 【分页导航】 第1页： 嵌入式应用中的功耗因素 第2页： 低功耗电池供电嵌入式应用的硬件考量 第3页： 固件考量 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载。 低功耗电池供电嵌入式应用的设计考量 1. 硬件考量： a. 电池类型： 在嵌入式应用中主要有以下类型的电池： i. )标准碱性电池 iii. )可充电电池: 可充电碱性电池，锂离子电池 iii. )钮扣电池 对于各种广泛低功耗嵌入式应用而言，为系统充电不是合理的使用案例模型。这里无需为这些应用使用可充电电池。我们来比较一下另外两种在低功耗应用中有用的电池以及在为设计选择电池时需考虑的因素。 标准碱性电池： 标准AA电池的典型容量大约为1500mAh，不仅可轻松提供数百mA的峰值电流，而且还能够以50mA的恒定速率放尽电流。 碱性电池能为应用提供高峰值电流，因此系统能够在并列使用其全部专用外设（定时器与通信模块等）的同时，在其最高时钟频率下运行，从而可在尽快完成各项任务后，快速进入低功耗工作模式。 钮扣电池： 钮扣电池具有极高的内部电阻，因此不能承受高峰值电流。在应用超过20mA的峰值电流时，即便持续时间很短，其有效电压也会大幅下降。因此对于使用钮扣电池供电的设计而言，强烈建议设计使用能在2V或以下电压下工作的组件。微控制器的掉电电压应低至能避免在钮扣电池提供高峰值电流时系统出现意外复位的水平。 此外，我们还需要采取预防措施来降低系统所需的峰值电流。降低峰值电流的途径包括： ● 降低CPU时钟频率 ● 通过随时分配负载，避免一次性启用所有内部模块 ● 在外部组件及内部模块未使用时，减少对它们的供电 b. 设置正确的微控制器： 要让低功耗应用中的静态功耗和动态功耗保持最低，最重要的是选择具有所需外设集的微控制器，其可在所需电源模式下工作。根据需要，系统设计人员可选择合适的微控制器，该微控制器支持低功耗模式下其应用所需的外设集。 以需要LCD较长时间工作的应用为例。通过选择可在低功耗模式下运行该LCD的微控制器，开发人员可最大限度降低功耗。这类微控制器的典型实例就是赛普拉斯的PSoC 4，其可让LCD显示器以仅3uA的流耗进入深度睡眠模式。复杂应用的情况类似，我们需要进行利弊权衡，确定能以最低平均功耗完成每项任务的适当微控制器。 c. 选择合适的无源组件： 上拉电阻器和下拉电阻器是支持接口开关及I2C器件等的常用组件。有时在低功耗设计中，这些上拉及下拉电阻器消耗的电源比系统其它部分还大。要降低其功耗，需要使用更大的电阻值。这样可降低流经它们的电流量。但它同时会增大RC时间常数，因此会降低系统对高频率信号的响应能力。 例如，为I2C线路使用高阻值上拉电阻器会降低I2C通信的速度，因为增大了I2C线路的压摆率。因此这些电阻器值可决定影响最终设计的各种因素之间的权衡取舍。 同样，在为设计选择电容器时，应避免电解电容器，因为它们具有极高的漏电流。薄膜电容器和陶瓷电容器能以合理的成本提供超低的漏电流，可考虑用于低功耗系统设计。 d. 审慎使用I/O： 避免在系统中随机分配控制器I/O引脚。如果引脚随机分布在不同端口，则需要对每个端口单独处理，这样会增加控制它们所需的寄存器写入数。为解决这一问题，可以按最小端口数对输入引脚和输出引脚进行分组，从而实现以最小的寄存器写入数完成读取与写入。 在引脚用于驱动LED和其它类似负载的地方，应使用引脚的开漏驱动模式，这些负载的一端固定在VDD或接地上。这种驱动模式可降低通过I/O引脚的漏电流，因此可降低功耗。 e. 选择正确的外设： 在系统设计中应使用支持低功耗模式、在工作模式下支持低功耗的外设组件，以降低设计的总体功耗。 f. 审慎使用系统时钟： 定义系统时钟的行为有助于降低系统功耗。遵循通用系统时钟相关设计实践可帮助在几乎每个系统中实现低功耗。 ● 在系统中使用低频率时钟降低动态功耗。 ● 在执行计算密集型任务时提升系统时钟，可通过缩短完成任务的时间，降低平均功耗。 ● 优先使用系统时钟，而非外部时钟。 ● 在CPU等待通信传输完成时，应关闭CPU，只开启通信模块的时钟。在完成该任务后，它可获得一个中断信号，恢复代码执行。 g. 电流门控： 一般情况下，热敏电阻等无源传感器工作在分压器模式下，因此一直都在消耗系统电流。为降低这种情况下的功耗，我们可以在通过采样传感器网络获得相关数据之前为其提供电源，并在数据采样完成后切断电源。这在传感器需要定期读取的情况下才有用。 但当传感器必须保持工作状态才能检测环境中的异常现象时，CPU可在整个传感过程中保持低功耗模式。CPU一旦收到传感器的中断/数据信息，就会恢复工作模式。类似逻辑可用于读取开关状态，以判断它是处于开启还是关闭状态。 【分页导航】 第1页： 嵌入式应用中的功耗因素 第2页： 低功耗电池供电嵌入式应用的硬件考量 第3页： 固件考量 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载。 2. 固件考量： a. 减少函数调用： 每次函数调用都将涉及多重冗余运算，比如堆栈上的添加与取出运算（用于重新加载程序的计数器和寄存器）。这些运算的每一次工作都会耗用多个时钟周期，应尽量避免。对于简短函数而言，函数调用可采用能够布置内联代码的宏命令替换。这有助于减少CPU加载，进而降低相同运算所需的功耗。然而，每种方法都有其自身的优缺点。宏命令需要更大的存储器，这对写入高密度固件来说是一个问题，因为它可能会增大系统成本。 b. 为频繁重复的输入值使用查找表： 通常会有一部分输入值的使用频率大于其它输入值。通过创建与这些输入值对应的查找表，在遇到这些输入其中之一时，可缩短计算时间，进而可降低功耗。 这种方法在当完成计算后需要查找值的应用中比较容易看到，比如电机应用中角度正弦与余弦的计算。在这类应用中，会有一系列频繁遇到的值（相比之下，其它值遇到的频率较低）。正弦值或余弦值的计算需要较长的时间，因此对于该频繁重复的角度而言，其正弦及余弦的预计算值可存储在查找表中。每次遇到这些角度中的一种时，处理器便可查找该表，用在此找到的值进行替代，不必计算。 c. 使用中断，无需轮询： 在复杂的嵌入式系统中，CPU会花大部分时间来等待某项工作的完成，然后再进入下一个步骤。当前提供的大多数SoC都提供能在无需CPU干预的情况下完成大多数任务的硬件模块。在需要CPU干预时，它们会以中断的方式发出信号，唤醒CPU。例如一般在采样数据完成后，ADC会发出中断信号。这样就无需轮询来自ADC的数据。因此CPU可以进入低功耗模式，只在数据准备处理时唤醒。 d. 自适应时钟门控和电源门控 一个典型的系统会使用微控制器的多个模块，但在任何给定时间点上，不会同时使用所有的模块。因此可以对这些模块的时钟进行门控，降低这些模块的动态功耗，从而节省电源。此外，这也有助于降低峰值电流需求，这是钮扣电池供电设计的重要考虑因素。PSoC系列器件允许单独禁用未使用的模块。 这个部分我们讨论了创建低功耗嵌入式系统的常见设计考量。在第2部分中，我们不仅将讨论低功耗应用的实例、低功耗与系统性能的权衡取舍，而且还将提供使用上述技巧的低功耗系统设计实例。 第2部分： 低功耗嵌入式系统的设计考量：设计实例及功耗性能权衡 【分页导航】 第1页： 嵌入式应用中的功耗因素 第2页： 低功耗电池供电嵌入式应用的硬件考量 第3页： 固件考量 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载。