手機(jī)給工程師帶來(lái)了麻煩。消費(fèi)者已經(jīng)開始期待高速，高分辨率，功能齊全的設(shè)備，這些設(shè)備可以整天使用微型電池。這是一種不合理的期望，但它現(xiàn)在已經(jīng)在消費(fèi)者，工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)中共享。超出預(yù)期，現(xiàn)在是設(shè)計(jì)要求。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的答案始于架構(gòu)層面，為此目前，越來(lái)越多的嵌入式設(shè)備基于ARM?Cortex?-M系列處理器內(nèi)核。低功耗MCU供應(yīng)商Energy Micro現(xiàn)已成為Silicon Labs的一部分，其整個(gè)32位MCU產(chǎn)品線基于Cortex-M系列架構(gòu)，包括基于Cortex-M0的Zero和Tiny Geckos;基于Cortex-M3的Gecko，Leopard和Giant Geckos;到基于Cortex-M4的Wonder Gecko。這些都是裝備精良的小壁虎。

Energy Micro的EFM32WG-STK3800 Wonder Gecko入門套件采用帶有FPU和DSP擴(kuò)展的48 MHz ARM Cortex-M4內(nèi)核，并帶有大量傳感器和其他外設(shè)（圖1）。在本文中，我們將安裝套件和所有軟件工具，然后使用能量分析器來(lái)探索EFM32?WG系列MCU的功能。

圖1：EFM32 Wonder Gecko架構(gòu)（由Silicon Labs提供）。

ARMs競(jìng)賽

由于許多供應(yīng)商在ARM架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品差異化的空間似乎有限，但絕對(duì)不是這樣。對(duì)于初學(xué)者，Energy Micro的EFM32 Wonder Geckos增加了所有Cortex-M4選項(xiàng)：?jiǎn)尉雀↑c(diǎn)單元（FPU）; DSP擴(kuò)展;和八區(qū)域存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU）。此外，入門工具包中包含的EFM32WG990F256配備256 KB閃存，32 KB RAM，集成LCD控制器，12位ADC，12位DAC，硬件AES加密，12通道DMA控制器，以及名單還在繼續(xù)。基本上，Wonder Gecko是一款功能齊全的高端Cortex-M4。

一個(gè)關(guān)鍵的差異化因素是Energy Micro對(duì)低功耗的詳細(xì)關(guān)注，這通常是Cortex-M4設(shè)計(jì)中速度和功能的后退。 Wonder Geckos有五種工作模式（圖2）：

運(yùn)行模式（EM0）：電流消耗為160μA/MHz。

睡眠模式（EM1）：電流消耗為45μA/MHz。

深度睡眠模式（EM2）：電流消耗為900 nA，到EM0的喚醒時(shí)間為2μs。

停止模式（EM3）：電流消耗為600 nA喚醒EM0的時(shí)間為2μs。

關(guān)斷模式（EM4）：電流消耗為20 nA，EM0的喚醒時(shí)間為160μs。

圖2：EFM32能量模式（由Silicon Labs提供）。

考慮到低功耗傳感器應(yīng)用，Wonder Geckos包含一個(gè)低能量傳感器接口（LESENSE），提供可配置和節(jié)能的控制方式最多16個(gè)外部模擬傳感器，不涉及CPU。這種通用的低能量傳感器接口工作在900 nA深度睡眠模式，可以自動(dòng)監(jiān)控幾乎任何類型的模擬傳感器控制方案，包括電容式，電感式和電阻式傳感器。 LESENSE可以設(shè)置為監(jiān)視傳感器值并通過外圍反射系統(tǒng)（PRS）執(zhí)行操作，以便將此信息傳遞到其他外圍設(shè)備或僅在超出可編程閾值時(shí)喚醒CPU，從而避免重復(fù)出現(xiàn)，浪費(fèi)能源的CPU喚醒-ups（圖3）。

圖3：EFM32低能量傳感器接口（LESENSE）（由Silicon Labs提供）。

EFM32 MCU中的外圍反射系統(tǒng)使其成為可能可以直接將一個(gè)外設(shè)連接到另一個(gè)外設(shè)而不涉及CPU。使用PRS，外設(shè)可以產(chǎn)生其他外設(shè)可以消耗的信號(hào)，在CPU休眠時(shí)立即對(duì)事件作出反應(yīng)。例如，ADC可以定期喚醒，從傳感器采樣輸入，檢測(cè)它是否在某些參數(shù)范圍內(nèi)，并且只在需要進(jìn)一步處理時(shí)才喚醒CPU。 PRS最大限度地減少了CPU在活動(dòng)模式下所花費(fèi)的時(shí)間，這可以大大降低應(yīng)用程序的整體能量狀況。

檢查入門工具包

EFM32 Wonder Gecko入門套件提供了一個(gè)方便的平臺(tái)，可使用板載指示燈，L/C和觸摸傳感器評(píng)估EFM32WG MCU在各種應(yīng)用中的功能。 LESENSE演示特別有趣，因?yàn)樗昧讼冗M(jìn)的能源監(jiān)控系統(tǒng)和Simplicity Studio出色的能量感知分析軟件。

高級(jí)能量監(jiān)控器（AEM）使用兩個(gè)電流檢測(cè)放大器來(lái)測(cè)量電壓降電源線中的一個(gè)小串聯(lián)電阻;然后將其轉(zhuǎn)換為能量感知分析器顯示的當(dāng)前評(píng)級(jí)。每個(gè)放大器都針對(duì)特定范圍內(nèi)的電流測(cè)量進(jìn)行調(diào)整;它們共同能夠測(cè)量0.1μA至250 mA的電流，動(dòng)態(tài)范圍為114 dB。每次啟動(dòng)套件時(shí)，AEM都會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)，以補(bǔ)償讀出放大器中的失調(diào)誤差。

該套件包括電路板; IAR Systems Embedded Workbench for Energy Micro;用于ARM的Atollic?TrueSTUDIO?，用于ARM MCU的C/C ++編譯器和調(diào)試器開發(fā)套件的30天評(píng)估版本;和通常的USB電纜。

電路板沒有涉及設(shè)置，但下載和設(shè)置所有軟件可能需要一段時(shí)間。首先，您需要從公司網(wǎng)站下載Energy Micro的Simplicity Studio。 Simplicity Studio包含眾多工具，包括energyAware Battery，energyAware Commander，energyAware Designer和energyAware Profile，這最后一項(xiàng)本身值得入場(chǎng)。還包括參考手冊(cè)，數(shù)據(jù)表，API文檔，應(yīng)用說明，套件文檔和許多其他資源。 Simplicity Studio還包含所有Energy Micro套件的示例代碼，但它依賴于第三方編譯器和鏈接器生成目標(biāo)代碼，energyAware分析器依次分析并以圖形方式顯示。接下來(lái)我從CD-ROM安裝了IAR嵌入式工作臺(tái)隨附套件。執(zhí)行此操作時(shí)，您可以選擇代碼限制（32K）版本或限時(shí)（30天）完整版本。我選擇后者可以利用256 KB的板載RAM。

運(yùn)行各種演示程序并不容易。啟動(dòng)Simplicity Studio，單擊Demo圖標(biāo)，您可以選擇30個(gè)演示程序。雙擊其中任何一個(gè)將二進(jìn)制映像下載到MCU并開始運(yùn)行程序。 energyAware Profiler會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，為您提供電流消耗的實(shí)時(shí)圖形指示，以及每個(gè)代碼模塊對(duì)電源配置文件的貢獻(xiàn)。

使用代碼需要花費(fèi)更多精力。單擊Simplicity Studio中的示例，選擇工具包，然后選擇要檢查的程序。單擊Source和Simplicity將此信息傳遞給Embedded Workbench，后者在其源瀏覽器中顯示項(xiàng)目文件。或者，您可以跳過Simplicity Studio并啟動(dòng)Embedded Workbench，從Information Center屏幕上的Example Projects按鈕中選擇適當(dāng)?shù)捻?xiàng)目。進(jìn)入Embedded Workbench后，創(chuàng)建項(xiàng)目，單擊Download/Debug按鈕，然后按Go運(yùn)行程序。

雖然您可以在Embedded Workbench中調(diào)試程序，但您需要單獨(dú)運(yùn)行Simplicity Studio以監(jiān)視其操作。首先在Embedded Workshop中構(gòu)建了觸摸屏程序，然后我從Simplicity Studio打開了energyAware Profiler，選擇了Wonder Gecko，選擇了Ffile/Load Object File，然后點(diǎn)擊了Run圖標(biāo)。當(dāng)我用手指觸摸觸摸屏界面時(shí)，我可以看到電流消耗從深度睡眠模式（規(guī)格= 900 nA）的大約1μA變?yōu)榧せ钅Ｊ剑?60μA/MHz x 48 MHz）的大約7 mA。檢查能量曲線，LCD_SyncBusyDelay消耗了87％的能量，而CAPLESENSE_getSliderPosition只消耗了5％（圖4和附圖）。由于一個(gè)代碼模塊消耗了90％的能量，這是我第一次看到如何使代碼更高效。

圖4：EnergyAware Profiler跟蹤觸摸屏程序。