电池使用寿命分析

简单的任务不需要MCU内核

尽管设计师十分注意要用一个有能力的处理内核来提供功率，并且在尽可能短的时间内实现了这个目标， 对芯片设计师和系统设计师有用的是要问问给定任务是否需要这样的内核：如果唤醒它只是执行简单任务的话，即使是最节能的内核也会浪费电池的电荷。我们再用环境传感器的应用作个例子 –它可能需要定期测量，但只需在不频繁的时间间隔内将测量结果报告到中央数据记录器里。运行通信接口的软件堆栈一定会要求唤醒MCU内核，但会更频繁地打开模拟到数字的转换器，指挥A / D转换，并以低功耗内存积累结果，如果只要求外围设备设置在互连矩阵（图4）的控制下自主运作的话，消耗的功率会很少。由于应用的差别很大，选择哪些功能模块来供电以及它们如何连接的高度灵活性对充分利用这一概念非常重要。

在电源预算中加密码

众所周知，在现代CMOS半导体工艺中，为硬连接块IC增加功能的硅区成本相对较低。这产生了轻微的与直觉不一致的结果，为了把功耗降到最低，最有效的选择往往是增加门控数。有了先进的钟树设计、时钟门控和线路板电源开关， IC设计人员可以随时随地很容易地完全切断电源。这种方法的一个突出功能就是加密。即使是看似平常的数据现在也通过例行的加密来保证安全，通常已知的算法为AES。这对一个32位MCU内核而言不是一项具有挑战性的任务，但它确实占用了大量的处理器周期，延长了总的微安倍乘总微秒。大多数这些周期花在了执行一些内部循环中的算法上; 增加一个AES加速器硬件模块会使MCU停止AES算法，转向专用硬件，并与其它处理器和睦相处，以更少的周期得到加密（或解密）结果。

迅速扩大的能源敏感应用类别 - 由少数高端类别如智能电能计量领导 - 重新界定了用电池驱动一个产品的意思：这些产品必须在一个单电池的驱动下提供服务，并比较电池本身的货架期，在电池制造商指定的最大时间间隔的相同范围内：达到，甚至超过20年。只有一个高度集成的单芯片的微控制器能为这样的设计提供一个现实的解决办法。IC设计师们十分注重低功耗芯片设计的每个方面，现在可以提供现代、功能强大的32位处理器内核给产品设计师了，而同时尽可能地降低了功率要求。


图1：人们期望新一代的计量产品能定期报告其读数给计费和资源管理人员，同时在二十年里其运行无人看管。


图2：节能MCU内核通过完整的唤醒/操作/回到睡眠周期在多个不同区域节省能源。蓝色区域表示一个更强大的32位内核完成任务所节省的能量，所需的周期比一个8位内核需要的少，在活跃和睡眠模式下消耗的电流也较少。


图3先进能源监控跟踪该MCU通过其嵌入代码的完整操作周期从电池中吸收的总充电量。


图4使用一个互连矩阵或'外围设备反射系统'可以执行简单的任务如开始数据转换和存储结果，完全无需唤醒32位处理器内核。