了解電源和性能之間的平衡進(jìn)行有效的MCU設(shè)計(jì)

圖2：在Microchip的PIC32MX1XX家庭時(shí)鐘控制模塊。 (微芯片提供)這財(cái)富時(shí)鐘源可以選擇和通過后的定標(biāo)器，預(yù)定標(biāo)器，和兩個(gè)主要的PLL來產(chǎn)生所需的裝置的各種子部分的頻率進(jìn)一步劃分。由16塊固定鴻溝和可選擇的FRC后scale分頻器(由FRCDIV輸入控制)創(chuàng)建CPU和外設(shè)(SYSCLK)主時(shí)鐘。外設(shè)時(shí)鐘可以通過附加的后分頻器被進(jìn)一步劃分為優(yōu)化外設(shè)時(shí)鐘速度，最大限度地減少在這些函數(shù)生成的動(dòng)態(tài)電流。許多在圖2所示的時(shí)鐘選項(xiàng)可以通過配置寄存器來控制或根據(jù)所需由編程的性能水平被自動(dòng)選擇?，F(xiàn)代的MCU更容易操作，甚至通過簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序接口(API)調(diào)用，簡(jiǎn)化和減少潛在沖突配置這些塊時(shí)“的手。”你看這些API的MCU廠商的文獻(xiàn)，軟件是最復(fù)雜的時(shí)鐘管理器工具 - 根據(jù)配置向?qū)?，代碼示例和參考設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程。

閃存的性能和時(shí)鐘頻率

在選擇的MCU時(shí)經(jīng)常被忽視的一個(gè)領(lǐng)域是代碼閃速存儲(chǔ)器的性能。一些MCU都有快速CPU周期時(shí)間，但這些快速的操作速度可以通過代碼或存儲(chǔ)在閃速存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的訪問時(shí)間的限制。例如，在愛特梅爾AT32UC MCU閃光周期時(shí)間與工作頻率，如下面的圖3。當(dāng)在33兆赫和由此所讀訪問時(shí)間只需要一個(gè)周期的閃光等待狀態(tài)(FWS)的數(shù)目是零。在66兆赫工作頻率快速存儲(chǔ)器插入FWS，所以存取時(shí)間需要兩個(gè)周期。因此，你可能希望最后得到33 MHz的有效工作頻率，具有66 MHz的時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)也是如此。 MCU制造商已經(jīng)開發(fā)出多種方法卻減輕了等待狀態(tài)插入，這樣你通常支付比全開銷要少得多。

圖3：閃存等待狀態(tài)愛特梅爾AVR MCU AT32UC。 (愛特梅爾提供)的一種方法，以減輕閃存等待狀態(tài)是管道中的閃存接口，這是愛特梅爾AT32UC MCU所采取的辦法。這種流水線方式允許突發(fā)來自連續(xù)存儲(chǔ)位置讀取(通過代碼存儲(chǔ)器訪問到目前為止，絕大多數(shù)都是連續(xù)的，因?yàn)槟阃ǔＶ怀掷m(xù)到下一個(gè)指令)不讀罰款。這導(dǎo)致只有15%在有效時(shí)間周期的平均開銷，不是完整的100%，否則你可能期望。以減輕慢速閃光訪問另一種常見的方法是使用本地存儲(chǔ)器緩存以便反復(fù)訪問可以使用已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)，并且不要求完全讀較慢閃存塊。你應(yīng)該總是仔細(xì)看看閃存存取和整體處理性能之間的相互作用在您的設(shè)計(jì)，以確定影響你的選擇的時(shí)鐘速度將對(duì)整體處理性能。

只需將其關(guān)閉

其中操作最省電的模式的MCU是剛剛關(guān)閉設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)了零功耗。該MCU性能也有效零為好，所以這可能似乎不是一個(gè)非常有用的方法，如果你需要確保某些操作最小量總是發(fā)生。例如，你可能需要一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘保持精確的時(shí)間記錄，甚至當(dāng)設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)。幸運(yùn)的是，一些MCU可在電池備份模式下運(yùn)行，這樣，如果所述裝置的其余部分?jǐn)嚯姇r(shí)簡(jiǎn)單的操作可以繼續(xù)連。德州儀器(TI)提供了MSP430x5xx / 6xx系列MCU系列正是這樣的能力。如圖4所示，電池備份塊從輔助電源(VBAT)如果主電源(DVCC)失敗供給子系統(tǒng)。備份提供的子系統(tǒng)通常含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(連同所需LF-晶體振蕩器)和一個(gè)備用RAM。塊的各種操作由寄存器位(與“BAK”前綴信號(hào))控制，使得充電，選擇，和ADC操作可以由處理器全部進(jìn)行管理。當(dāng)一個(gè)RTC和備份SRAM是必需的，他們可以逃跑電池電壓和RTC甚至可以用來“打開”，MCU的周期性操作的其余部分。這樣可以節(jié)省電源的最高金額，并創(chuàng)造了一個(gè)非常節(jié)省空間的和高能效控制系統(tǒng)，完全關(guān)閉(在零頻率運(yùn)行)的CPU散熱的同時(shí)非常少(幾乎為零)系統(tǒng)上電也許是極致的動(dòng)力性能

權(quán)衡。

圖4：德州儀器(TI)MSP430x5xx / 6xx系列單片機(jī)系列電池備份子系統(tǒng)。 (德州儀器提供)

摘要

關(guān)鍵要建立高效的設(shè)計(jì)中使用的MCU往往依賴于使功耗和性能之間的智能權(quán)衡。許多MCU提供幾個(gè)選項(xiàng)，可以限制在MCU時(shí)鐘速率，因此，其性能在MCU供電。管理時(shí)鐘，選擇合適的工作電壓電平，并了解電壓等級(jí)和閃光燈性能之間的關(guān)系都是至關(guān)重要的，以創(chuàng)造最節(jié)能的MCU設(shè)計(jì)成為可能。