高能效入门级MCU 定义全新低功耗

etis L 系列MCU之所以能效高，在很大程度上要归功于一个创新的架构，该架构结合并改进了ARM Cortex-M0+处理器的多个低功耗特性，而其它MCU通常未完全将它优化。例如，要简化应用的初始化阶段，可以使用位操作引擎 (BME)，当该引擎在外设上执行以位为导向的数学运算时可使循环时间与代码大小平均减少40%。BME对 OR、AND、XOR等函数进行位字段插入和位字段提取进行编码。相反，传统的32位处理器则需要多个指令才能执行等效的读取-修改-写操作。

另一个创新特性是低功耗启动选项，借助该选项可在启动顺序或深度睡眠唤醒时减少峰值功率。这在因电池化学限制允许峰值电流的系统(例如，使用锂离子电池的系统)中尤为有用。此外，通过零漏电I/O和可避免过多电耗的外设时钟门控配置，避免超过漏电电流。

Kinetis L 系列MCU采用飞思卡尔创新、屡获殊荣的闪存技术，提供业界功耗最低的闪存部署。这改进了传统的基于芯片的电荷存储方法，创建了纳米级硅岛来存储电荷，而不使用连续膜，进一步使闪存不被典型的数据丢失因素所影响。

智能电源外设

Kinetis L系列MCU在外设内实现了低功耗智能，允许外设在深度睡眠模式下通过备用时钟源自主运行。L 系列外设犹如微型内核，能够在不唤醒主内核或系统的前提下执行任务，从而大大降低功耗，提高电池使用寿命。例如，Kinetis L 系列 MCU包含异步DMA (ADMA)唤醒功能，允许某些外设在停止和VLPS模式下请求DMA传输。ADMA模块将在外设和存储器之间进行数据传输，而无需返回运行模式，也无需请求处理器进行干预。支持外设在深度睡眠状态下继续运行，可向SRAM中的数据阵列来回传输数据，直至收集到足够数据进行处理。其它竞争产品则需要唤醒到全运行模式去激活外设并完成数据收集阶段，然后返回深度睡眠模式。

例如，回到图 1。采用Kinetis L 系列 MCU，数据收集阶段在深度睡眠模式下开始并显示了低功耗定时器触发的三个周期性事件。该定时器触发低功耗ADC转换启动，并通过ADC内置的比较特性将结果与预编程的阈值进行对比。该特性可避免一旦得出的值不在理想参数范围内时需要存储结果。请注意，前两个事件不触发去存储结果。然而，最后一个事件则会触发，而不用唤醒CPU来存储数据，相当微小的能量溢出。这是可以实现的，因为L系列的节能型外设支持异步DMA 唤醒功能，可以将ADC结果存储到SRAM供以后处理，在这个过程中CPU依然处于睡眠状态。在DMA传输完成后，MCU会自动返回深度睡眠模式。在通过低功耗UART收集或传输完足够的数据后，CPU便可以‘唤醒’，并开始计算阶段。这只是Kinetis L 系列 MCU提供节能外设的其中一个例子。

为了最大限度地利用深度睡眠电源模式的高能效，外设的智能集成是至关重要的。在传统的MCU中，必须激活主时钟和处理器内核才能执行任务，即使是执行发送或接收数据、捕捉或生成波形或采样模拟信号等小任务也是如此。

表3

Kinetis L系列MCU在正面比拼的竞争中胜出

在与竞争对手相应的16位低功耗MCU展开正面能效基准挑战赛中，L 系列证明它是全球能效最高的入门级MCU。每个MCU都由完全相同的充电电路供电，并都对低功耗运行进行了优化。这些MCU执行重复周期的EEMBC CoreMark®迭代，然后进入五秒钟的深度睡眠期，连续重复上述操作直到最后一个MCU依然能够激活。在与同级别超高效竞争对手对比中，Kinetis L 系列MCU是坚持到最后的那款。

Kinetis L 系列MCU将一流的处理能力与卓越的低功耗运行相结合，测量得出的结果为15.9 CoreMark/mA，远高于最具竞争产品的参数(参见下图2)。

图 2：Kinetis KL02 MCU集一流的处理能力与卓越的低功耗运行于一身，以测量结果为15.9 CoreMark/mA，的优异成绩胜出。

结语

飞思卡尔的创新思维，通过Kinetis L系列MCU卓越的能效领导地位，为嵌入式系统打开了一扇新的大门，为物联网带来的希望。无论是需要延长电池寿命、提高便携式性能、降低能源成本还是遵从能源标准，飞思卡尔广泛的嵌入式高能效产品解决方案都能够使新一代应用实现功耗与性能的完美平衡。

——本文选自电子发烧友网4月《物联网技术特刊》EE Design栏目