让微控制器性能发挥极限

自主控制

一个嵌入式微控制器可能要执行无数个任务来降低功耗、提高精度以及改善用户体验，而许多这类任务只不过是监控或是检测单个数值。例如电池监控器进行监测，直至电压降至某个数值以下。然后，系统就触发关断操作，在仍有足够电量时保存应用数据。

提升用户体验常常是许多消费类产品的主要卖点。例如，事件系统能够加快系统对唤醒按键或外设输入的响应速度，在两个周期内就可以做出反应。如果与采用中断的响应性比较，由于中断需要系统返回到工作模式，因此就降低了能效。基于这个原因，开发人员常常延长定时器的时间间隔，以致降低了响应性。

若利用中断，对于CPU处理能力而言，执行这类任务的成本太高，而且会增加延时，降低固定性。而采用事件系统和DMA控制器，开发人员就能够避免CPU执行这些功能。这不仅可减少系统必须管理的中断数量，而且还能简化任务的实现和管理。

例如，在一个在特殊工作条件下向用户发出警示信息的应用中，预先设置的声音文件可以存储在缓存中，再利用DMA通过适当的外设馈入到扬声器，而利用定时器，事件系统就可以确保44,056KHz的准确数据率。此外还有一个额外的好处，因为频率准确且稳定，声音保真度也得以提高。从性能角度来看，只要配置了DMA和事件系统，CPU就完全不用干预播放任务了。

说这些任务变得更“自由”可能显得有点夸张。不过，以这种方式执行这些任务，的确使其能够适用于更宽范围的应用。协处理器、DMA控制器和事件系统的结合能够释放控制器，让它只进行信号处理，而不必把大部分资源消耗在信号的周期密集型采集工作上。因此，CPU得以保存大部分处理能力进行信号处理。这样一来，就可以利用单个控制器管理多个高频任务。这也简化了系统设计，使用户能够以更低的成本在单个微控制器上执行更多任务，更容易实现多个信号之间的互连性，并提高能效。

对许多应用来说，能否支持多个任务可成为一项重要的产品差异化指标。例如，采用了DMA控制器和事件系统的电机控制应用，就能够使微控制器释放出足够的资源，使开发人员能够以在不增加系统材料成本的条件下实现PFC等先进功能。

除了通过卸载中断来提高微控制器的性能和能力之外，事件系统还能够把功耗最低降至 1/7（具体数字取决于应用）。表2所示为一个需要每秒120万周期的应用的功率相关数据。在12MHz时，微控制器只有10%的时间在工作模式下，其余时间都处于待机模式。执行DMA控制器和事件系统可以卸载大量CPU每秒必须执行的周期数，使微控制器进入闲置或睡眠模式。鉴于工作模式下的耗电量远大于闲置睡眠模式下的，就算工作模式只出现少许百分比变化，所能节省的功率也可以是相当可观的。

表2 一个需要每秒120万周期的应用的功率相关数据


总结

架构方面的改进提高了CPU的总体能力，使得嵌入式微控制器系统性能不断提升。协处理器能够从CPU卸载已详细定义的计算密集型任务，DMA控制器可把整个系统的数据移动任务从CPU中解放出来，而事件系统可解决有关多个由频率触发中断的瓶颈问题。通过减少系统必须处理的并行中断的数目，开发人员能够提高系统固定性，从而降低延时，提高信号的分辨率和精度，改善稳定性和可预测性，并增强系统可靠性。这样一来，设计人员不但使用单个微处理器就能够执行以往需要多个微控制器才能完成的工作，而且还可降低系统的成本和功耗。

作者：爱特梅尔公司 AVR产品市场经理 Kristian Saether
来源：世界电子元器件 2010-03