MEMS、MCU和傳感器融合的平衡

　　另一種方法是將MCU與一個(gè)或多個(gè)傳感器相集成。飛思卡爾稱(chēng)之為“智能傳感器集線器”，并曾在2011年推出MMA955x系列器件時(shí)介紹了這一概念。其他廠商(特別是Bosch和ST)近期也推出了配備了集成式MCU的設(shè)備;飛思卡爾預(yù)計(jì)將于近期推出另一款產(chǎn)品。

　　當(dāng)選擇智能傳感器集線器時(shí)，您希望查看廠商是僅僅將MCU連接到現(xiàn)有傳感器上，還是為傳感器融合優(yōu)化系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，這是“優(yōu)化功率”的代名詞。讓我們來(lái)看看圖3所示的系統(tǒng)背景中的一些優(yōu)化。

　　內(nèi)存：智能傳感器集線器通常從閃存運(yùn)行。就芯片面積和成本而言，閃存和RAM都是昂貴的資源。您是否有足夠的內(nèi)存來(lái)完成這項(xiàng)工作?另外，您支付的內(nèi)存超出了您的需求嗎?RAM/閃存比例適合您的應(yīng)用嗎?通常來(lái)講，融合算法需要的RAM比基礎(chǔ)控制應(yīng)用需要的多。每三次或四次閃存采用1KB的RAM可能適合融合應(yīng)用。人們通常想要更多，而不愿意得到的更少。

　　閃存往往是系統(tǒng)中速度最慢的存儲(chǔ)器。閃存接入是否妨礙了您的系統(tǒng)性能?或者您是否有某類(lèi)閃存高速緩存器或面向未來(lái)的緩沖器?

　　時(shí)鐘域：當(dāng)傳感器集線器處于低功耗狀態(tài)時(shí)，負(fù)責(zé)與主系統(tǒng)通信的從端口接口是否能夠正常運(yùn)行?低功耗狀態(tài)有多低? 理想情況是能夠關(guān)閉集線器上的所有時(shí)鐘。這意味著您的串行端口需要外部計(jì)時(shí)。大部分標(biāo)準(zhǔn)MCU將串行端口時(shí)鐘看作數(shù)據(jù)，以2倍或4倍的數(shù)據(jù)速率來(lái)采樣數(shù)據(jù)。這會(huì)消耗功率，但在數(shù)據(jù)穿過(guò)集線器內(nèi)的時(shí)鐘域時(shí)保證不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。為集線器優(yōu)化的MCU不會(huì)強(qiáng)制您選擇這個(gè)選項(xiàng)。

　　時(shí)鐘頻率：您將系統(tǒng)從慢時(shí)鐘速率切換到快時(shí)鐘速率或者再切換回慢速率的速度有多快?MCU經(jīng)常使用鎖相環(huán)路功能來(lái)執(zhí)行慢時(shí)鐘頻率乘法運(yùn)算，達(dá)到實(shí)用范圍。鎖相環(huán)路運(yùn)行良好，但會(huì)消耗(根據(jù)傳感器標(biāo)準(zhǔn))大量功率，也需要花一些時(shí)間來(lái)鎖定最終頻率。圖3所示系統(tǒng)使用一個(gè)按需在兩個(gè)頻率之間切換的振蕩器。

　　內(nèi)部派生時(shí)鐘經(jīng)常隨著溫度產(chǎn)生1% -3%變化。針對(duì)不同應(yīng)用，您可能對(duì)此并不在乎。但如果您在乎(如果您正在整合速率，您就會(huì)在乎)，可以考慮采用緩慢外部時(shí)基，將其輸入到一個(gè)片上定時(shí)器。根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘周期測(cè)量外部時(shí)鐘，并根據(jù)觀察到的比率，動(dòng)態(tài)地調(diào)整幀速率。

　　采樣率：您如何管理采樣率? 圖3所示系統(tǒng)包括確保恒定幀速率的定制“幀間隔計(jì)數(shù)器”，與高頻/低頻操作模式的時(shí)長(zhǎng)無(wú)關(guān)。如果您的設(shè)備有晶體振蕩器，頻率(32kHz)是否適度，是否會(huì)消耗過(guò)多功率?

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器精確度：您的轉(zhuǎn)換結(jié)果的分辨率有多少有效位? 轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度之間是否平衡?

　　硬件加速器：您的智能傳感器集線器是否提供了識(shí)別主要運(yùn)動(dòng)事件(在硬件方面，無(wú)CPU干預(yù))的所有選件?引擎的通用性如何? 同樣，如果硬件中實(shí)施了一部分算法，這些算法是否能夠通用，還是要求您采用特定的融合庫(kù)?

　　其它設(shè)備：您的智能傳感器集線器在管理其它設(shè)備方面有沒(méi)有限制? 您是否有足夠帶寬、用于緩存的RAM，以及用于計(jì)算的MIPS?

　　開(kāi)放性：您的集線器是否是固定的功能，或者您是否能夠定制其上的代碼? 是否有實(shí)現(xiàn)這些目的所需庫(kù)和工具? 如果采用Android操作系統(tǒng)，是否需要提供驅(qū)動(dòng)程序和定制HAL(硬件抽象層)? 如果采用Windows 8操作系統(tǒng)，集線器制造商是否提供HID/I2C或HID/USB接口?

　　一般來(lái)說(shuō)，所有這些因素將會(huì)推動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員從下面兩個(gè)方面來(lái)考慮解決辦法：最大限度地減少依靠更高級(jí)的軟件功能實(shí)現(xiàn)融合的傳感器數(shù)量;或者采用傳感器制造商打造的高度集成的傳感器子系統(tǒng)和參考設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)輕松集成和定制。