中心議題：

• 能源用於睡眠模式以及每個操作模式

解決方案：

• Cortex-M3既降低內核功耗又注重支撐架構
• 采用EFM32開發工具包及能源監控係統

能源敏感應用的配置不斷增加，它是指設備必須用一個單一電池長時間運作。通常包括的應用有能源計量
、傳感器網絡或環境監測的其它形式，在這些應用中設備的占空比很低，因此希望運行多年而不會受到用戶幹預。

許多這些設備將使用流行的CR2032紐扣電池;一種3V的鋰/二氧化錳原電池。與5.6kΩ負載的2V終點電壓一樣，這些紐扣電池的典型容量為230mAh，相當於約0.5毫安的放電，這使它們的壽命長達400小時。但是，這種紐扣電池設計具有約為0.25μA的自放電率，這意味著它的保質期會長達20年。 在這兩個極端之間的就是能源敏感的應用;它在低電壓下運行的設備中電流消耗最小, 還提供可靠
、可持續的功能。因此，很明顯，任何希望用一個單紐扣電池就實現類似主動壽命的應用都需要能夠將平均需求量維持在約0.25μA。

壽shou命ming需xu要yao之zhi所suo以yi要yao如ru此ci長chang是shi因yin為wei它ta所suo涉she及ji到dao的de應ying用yong領ling域yu。在zai通tong常chang情qing形xing下xia，這zhe種zhong新xin興xing設she備bei類lei別bie針zhen對dui的de是shi消xiao費fei者zhe，其qi零ling售shou價jia格ge支zhi持chi不bu了le電dian池chi更geng換huan。它ta也ye可ke能neng是shi指zhi那na些xie無wu法fa訪fang問wen區qu域yu的de配pei置zhi，必bi須xu在zai沒mei有you額e外wai電dian源yuan的de情qing況kuang下xia可ke靠kao地di運yun行xing多duo年nian。重zhong要yao的de是shi，這zhe是shi一yi個ge發fa展zhan中zhong的de應ying用yong領ling域yu，很hen需xu要yao非fei常chang低di功gong率lv的de綜zong合he解jie決jue方fang案an。
曆史上這些應用都包括一個低功耗微控製器, 任務是提供一切所需的計算能力

，同時也負責管理自己的睡眠周期

，以節省電力。 微wei控kong製zhi器qi的de晶jing體ti管guan數shu量liang通tong常chang很hen小xiao，它ta們men的de設she計ji最zui大da限xian度du地di減jian少shao了le主zhu動dong功gong耗hao和he被bei動dong泄xie漏lou十shi分fen重zhong視shi超chao低di功gong耗hao設she計ji
，過guo程cheng特te別bie像xiang節jie點dian收shou縮suo。在zai這zhe些xie應ying用yong中zhong的de微wei控kong製zhi器qi將jiang在zai睡shui眠mian模mo式shi下xia花hua掉diao盡jin可ke能neng多duo的de時shi間jian，對dui簡jian單dan充chong電dian，不bu定ding期qi做zuo測ce量liang的de設she備bei來lai說shuo, 要花掉99.9％的時間並不少見。

因此
，這種方法主要集中於降低在那些睡眠時間內保存的電量
，在它們能做到的電力保存方麵的技術已經陷入僵局。
人ren們men從cong根gen本ben上shang質zhi疑yi這zhe種zhong做zuo法fa，因yin為wei它ta能neng實shi現xian的de主zhu動dong功gong耗hao很hen有you限xian，其qi基ji礎chu是shi每mei個ge時shi鍾zhong周zhou期qi要yao求qiu的de電dian源yuan產chan品pin和he完wan成cheng處chu理li任ren務wu所suo需xu的de時shi鍾zhong周zhou期qi數shu。

隨(sui)著(zhe)人(ren)們(men)對(dui)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)的(de)要(yao)求(qiu)變(bian)得(de)更(geng)長(chang)了(le)
，該(gai)行(xing)業(ye)正(zheng)在(zai)從(cong)整(zheng)體(ti)上(shang)看(kan)待(dai)問(wen)題(ti)

，考(kao)慮(lv)能(neng)源(yuan)如(ru)何(he)才(cai)能(neng)不(bu)僅(jin)用(yong)於(yu)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)，而(er)且(qie)用(yong)於(yu)每(mei)個(ge)操(cao)作(zuo)模(mo)式(shi)。量(liang)身(shen)訂(ding)做(zuo)的(de)開(kai)發(fa)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)更(geng)加(jia)接(jie)近(jin)這(zhe)些(xie)消(xiao)耗(hao)資(zi)源(yuan)的(de)應(ying)用(yong)，使(shi)產(chan)品(pin)的(de)開(kai)發(fa)能(neng)用(yong)一(yi)個(ge)單(dan)一(yi)的(de)原(yuan)電(dian)池(chi)運(yun)行(xing)10年，15年
，甚至20年。 觀念的改變
由於微控製器的定位

，在這個能源敏感的產品範疇內，開發者已經嚴重依賴於8位wei設she備bei。微wei控kong製zhi器qi在zai執zhi行xing相xiang對dui簡jian單dan的de任ren務wu時shi會hui比bi較jiao有you效xiao

，所suo以yi很hen自zi然ran，他ta們men會hui首shou選xuan為wei在zai這zhe一yi新xin興xing的de應ying用yong領ling域yu而er設she計ji
，其qi中zhong加jia工gong方fang麵mian的de需xu要yao首shou先xian受shou到dao了le限xian製zhi。然ran而er
，由you於yu這zhe個ge市shi場chang領ling域yu的de發fa展zhan
，人ren們men對dui處chu理li能neng力li的de需xu求qiu日ri益yi增zeng加jia
，導dao致zhi微wei控kong製zhi器qi離li開kai了le其qi運yun作zuo的de最zui佳jia區qu域yu。人ren們men對dui更geng複fu雜za的de數shu據ju管guan理li
、接口和通訊的需要意味著資源有限的微控製器在性能和能耗方麵不能再提供最高效率了。

當麵對更多處理能力的需要時，自然而然地就會轉移到32位架構。但是這種處理器類別攜帶有較高的晶體管數量，因而有較高水平的靜電/泄漏電源。事實上，ARM Cortex - M3在實施一個非常低的泄漏過程時會配合或提高一個典型的8位微控製器的靜電/泄漏電流數字。

無論是否有靜電泄漏，任何內核在主動處理時所消耗的電源將大大增加整個電源預算。在操作時，Energy Micro在其首個產品係列 EFM32 Gecko中采用ARM Cortex - M3，其在正常運行的情況下隻消耗了很少的180μA/MHz, 明顯低於其競爭架構或Cortex - M3的其它執行方式。Energy Micro已經通過認真實施低漏電工藝實現了這個目標，並保持了低功耗運行的首要設計目標。

本質上，CMOS晶體管消耗的大部分主動電流發生在切換時。通過開發先進的門控同步時鍾結構，EFM32jiagousuishibaochizuishaodekaiguan
，dadajianshaolebubiyaodejingtikaiguanshuliang。zheduizhudongdianyuanjiweiyouxiao，tatongguozongxianjiagouyanshen，shenzhidaodazhixingchengxuneicundeneihe。gaijiagoudeshejihenfangbianzhijieyunxingshancun
，ketongguojianshaofangwenneicunlaijinyibushengdian。

Cortex - M3的另一個顯著優勢是它提供了先進的睡眠模式，在EFM32裏得到了進一步增強。由於這些設備在睡眠模式下花掉了大多數的運行壽命
，在睡眠模式下提供盡可能多的靈活度很有意義。EFM32提供5種睡眠模式, 運行模式（EM0）花費了180μA/MHz而關斷模式隻花費20nA（EM4）。

任何微處理器的電源配置包括兩個主要內容
，基線力量 - 包括功能模塊使用的電源，如電壓調節器和電流偏置發生器 – 以及頻率相關因素。Energy Micro的方法是要特別注意基線功耗，在較低的頻率時這些功耗不會不受損

，而某些架構會受損。
[page] 以EFM32係列為基礎的Cortex - M3不僅注重於降低內核的功耗，而且注重於支撐架構。功能模塊調製器、比較器和振蕩器在設計時都必須要考慮到應用，移進和移出睡眠模式都要求這些功能模塊也進入省電狀態
，不言而喻
，睡眠模式越深,它要把一個設備恢複到全速需要的時間越長。 EFM32總共使用6個定製設計的振蕩器，提供快速的喚醒時間，使內核從睡眠模式中更快開始處理。它通過使用僅有0.5微秒啟動時間的內部RC振蕩器來達到這個目的。這使得內核可以更快地從睡眠中喚醒、評估和執行任務 - 因此電源效率比其它設備高。

在zai開kai發fa設she備bei時shi如ru果guo腦nao中zhong有you這zhe樣yang的de想xiang法fa，睡shui眠mian模mo式shi的de功gong能neng就jiu會hui有you最zui佳jia組zu合he，在zai應ying用yong開kai發fa過guo程cheng中zhong為wei用yong戶hu提ti供gong最zui大da的de靈ling活huo性xing。一yi個ge更geng有you能neng力li的de內nei核he比bi不bu那na麼me強qiang大da的de解jie決jue方fang案an需xu要yao的de處chu理li時shi間jian更geng短duan，這zhe樣yang總zong電dian源yuan才cai會hui降jiang低di。具ju有you睡shui眠mian模mo式shi之zhi間jian快kuai速su有you效xiao移yi動dong的de能neng力li，其qi結jie果guo其qi電dian源yuan曲qu線xian大da大da低di於yu競jing爭zheng對dui手shou的de。

為了使開發者能夠最好使用最佳睡眠狀態，EFM32的開發工具包采用一個先進的能源監控係統來完成，這一設施使用一個從模擬到數字的轉換器來測量係列晶體管的下降電壓, 從cong而er不bu斷duan測ce量liang電dian源yuan軌gui上shang的de電dian流liu。這zhe種zhong測ce量liang方fang法fa被bei綜zong合he起qi來lai運yun用yong，準zhun確que地di描miao繪hui用yong了le一yi段duan時shi間jian的de電dian源yuan

，使shi實shi際ji使shi用yong例li子zi的de低di功gong率lv運yun行xing得de到dao了le優you化hua。 Cortex - M3內核能夠執行軟件中的眾多任務
，其低功耗運行決定了某些功能仍可以處理更多的硬件電源效率。 為EFM32開發的外圍設備用於自主運作，無需內核的幹預。使用一個複雜的互連矩陣外圍設備反射係統，EFM32的外圍設備能夠執行不喚醒睡眠模式下內核的相對複雜的功能。 在典型應用中

，例如它可能經常使用ADC來進行測量。EFM32具有低水平驅動程序庫的特點，支持Cortex - M3配置自主操作的外圍設備。這樣，一旦配置好了，它們就可以執行許多任務

，無需喚醒內核。
使用硬件加速也支持其它處理器密集型功能的卸載
，從而加深睡眠狀態。例如
，EFM32實現了硬連線的AES加密塊
，這個功能越來越多地被用來保護最普通的數據。盡管AES加密算法不是Cortex - M3deyigejuyoutiaozhanxingderenwu，batajiaogeiyigeyingjianjiasukuaihaishikeyijieshenggengduodechuliqizhouqi
，yinci，wuxumingyishangdemibu，jiunengdaibiaogengduodejingtiguanshuliang。

對(dui)超(chao)低(di)功(gong)耗(hao)器(qi)件(jian)的(de)要(yao)求(qiu)，加(jia)上(shang)有(you)同(tong)類(lei)領(ling)先(xian)的(de)節(jie)能(neng)特(te)性(xing)的(de)超(chao)級(ji)處(chu)理(li)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)指(zhi)數(shu)速(su)度(du)在(zai)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)

，預(yu)計(ji)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong)將(jiang)會(hui)繼(ji)續(xu)使(shi)用(yong)它(ta)們(men)，增(zeng)加(jia)它(ta)們(men)的(de)特(te)性(xing)。隨(sui)著(zhe)ARM架構的普及，Cortex - M3的效率和Thumb2指令集的性能產生出令人矚目的解決方案和理想的平台
，用於未來超低功耗解決方案的開發。Energy Micro開發低功率解決方案的整體方法將繼續下去，基於ARM架構和自己在超低功耗設計。