Регистрация | Вход

Объявление

Свернуть
Пока нет объявлений.

«Время электроники»: Микроконтроллеры с очень малым энергопотреблением группы RE 01 компании Renesas

Свернуть
X
 
  • Фильтр
  • Время
  • Показать
Очистить всё
новые сообщения

    «Время электроники»: Микроконтроллеры с очень малым энергопотреблением группы RE 01 компании Renesas


    Волков Сергей

    PDF версия

    В статье рассматриваются микроконтроллеры группы RE 01 компании Renesas. Их основной особенностью является очень низкое энергопотребление и возможность работы с внешним элементом, аккумулирующим энергию окружающей среды. Микроконтроллеры позволяют создавать человеко-машинные интерфейсы, системы сбора и обработки данных.

    Введение

    В развитии технологии микроконтроллеров (МК) довольно отчетливо прослеживаются две тенденции. Первая из них заключается в увеличении производительности, а вторая – в уменьшении энергопотребления. Во многих случаях производители пытаются совместить эти тенденции; нередко эта цель достигается за счет ограничения функциональных возможностей МК и введения режимов пониженного энергопотребления.
    В многочисленных МК компании Renesas также отчасти реализован подобный подход. Однако такое решение не панацея – оно применимо в ограниченном числе случаев. Например, подобное решение не годится для приложений, где, в первую очередь, важна не производительность и вычислительная мощность, а постоянное низкое или даже очень низкое энергопотребление.
    Именно для таких приложений и разработаны МК группы RE 01. Низкое энергопотребление достигается в них не только и не столько за счет уменьшения функциональных возможностей, сколько благодаря проприетарной производственной технологии SOTB (Silicon on Thin Buried Oxide – кремний на тонком углубленном оксидном слое). Эта технология позволяет расширить диапазон допустимого напряжения питания до 1,62–3,6 В, причем максимальная частота тактирования 64 МГц не снижается и при минимальном напряжении питания 1,62 В. Подобный результат недостижим в случае использования традиционных кремниевых технологий. МК RE 01 показали наивысший результат 705 баллов по тесту EEMBC ULPMark, который используется для сравнения МК с очень низким энергопотреблением. Для примера приведем некоторые цифры: ток потребления 14‑бит АЦП в активном режиме не превышает 4 мкА, при записи во флэш-память ток потребления составит всего лишь 0,6 мА.
    Еще одной особенностью МК группы RE 01 является встроенная схема управления аккумуляцией энергии из окружающей среды, что позволяет применять эти источники для питания МК. Разумеется, для достижения очень низкого энергопотребления пришлось пожертвовать вычислительной мощностью: в качестве процессорного ядра используется ARM Cortex М0+. Однако, как правило, для приложений, где, в первую очередь, необходимо обеспечить очень низкое энергопотребление, большая вычислительная мощность и не требуется. Таким образом, МК группы RE 01 найдут широкое применение в таких приложениях как интернет вещей, интеллектуальные счетчики энергии, трекеры, носимые устройства и многие другие. Думаем, им вполне по силам стать промышленным стандартом в своем сегменте рынка.
    Микроконтроллеры выпускаются в корпусах PLQP0144KA-B размером 20×20 мм с шагом выводов 0,5 мм, в корпусах PLQP0100KB-B размером 14×14 мм с шагом выводов 0,5 мм и SXBG0156MA-A размером 4,3×4,3 мм с шагом выводов 0,3 мм. Диапазон рабочей температуры МК составляет –40…85°C.

    Архитектура и системные ресурсы МК группы RE 01

    В состав МК группы RE 01 входят МК двух серий. В первой из них объем встроенной флэш-памяти составляет 256 Кбайт, а во второй – 1,5 Мбайт. 1,5‑Мбайт МК мы и рассмотрим в настоящей статье. Помимо флэш-памяти большей емкости они также обладают немного большими функциональными возможностями. Основные отличия этих серий приведены в таблице. Отличия МК этих серий вплоть до адресов регистров и кодов подробно описаны в [1]. Структурная схема МК представлена на рисунке 1.

    Модуль МК с флэш-памятью 1,5 Мбайт МК с флэш-памятью 250 Кбайт
    Низкоскоростной генератор LPG +
    Таймер пробуждения (WUPT) +
    Хост USB 2.0 +
    Драйвер светодиодов +
    12-бит ЦАП +
    Аналоговый компаратор (ACMP) +
    Драйвер электропривода (MTDV) +
    Схема обработки данных (DOC) +

    Процессорное ядро ARM Cortex М0+ хорошо известно. Напомним только, что его производительность составляет 0,93 DMIPS/МГц, а в его состав входит модуль защиты памяти (MPU), рассчитанный на работу с восемью областями памяти. Объем встроенной памяти SRAM: 256 Кбайт.




    Рис. 1. Структурная схема МКУчитывая, что главным козырем МК группы RE 01 является очень низкое энергопотребление, рассмотрим этот аспект подробнее. МК может питаться от внешнего сетевого источника питания, от батареи и внешнего накопительного элемента, аккумулирующего энергию из окружающей среды. Для контроля напряжения используются три встроенных детектора напряжения, которые отслеживают напряжение внешнего источника и батареи в заданных пределах и формируют прерывания в случае, когда оно становится больше или меньше пороговых значений. В МК предусмотрены пять способов снижения энергопотребления:
    • уменьшение частоты тактирования;
    • отключение отдельных модулей;
    • управление режимами энергопотребления;
    • переход в режимы низкого энергопотребления;
    • изменение режима источника питания.
    При использовании первого способа сокращение энергопотребления достигается путем уменьшения частоты тактирования, которую можно независимо установить для системы и для периферии. Второй способ подразумевает отключение любого периферийного модуля за счет отключения тактирования этого модуля; при этом питание модуля не выключается, и все записи в его регистрах сохраняются.
    При использовании 3‑го способа МК, работая в режимах энергопотребления OPE, SLEEP и SSTBY, может переходить в режим работы с пониженной частотой тактирования.
    4‑й способ позволяет перевести МК в один из пяти возможных режимов энергопотребления:
    • нормальный режим работы (OPE);
    • режим сна (SLEEP);
    • режим полусна (SNOOZE);
    • программный режим ожидания (SSTBY);
    • полный программный режим ожидания (DSTBY).
    • В 5‑м режиме выбираются активные домены питания. Существуют три режима:
    • все домены активны (ALLPWON);
    • домен флэш-памяти выключен (EXFPWON);
    • режим минимального энергопотребления (MINPWON).
    Поскольку в режиме сна (SLEEP) процессорное ядро не тактируется, но напряжение питания ядра не выключается, сохраняется содержание внутренних регистров. Все периферийные модули активны. Выход из режима сна происходит при сбросе или прерывании. В режиме программного останова (SSTBY) процессорное ядро и большая часть периферийных модулей остановлены, но содержание их регистров сохраняется.
    Переход в режим полусна (SNOOZE) происходит из режима SSTBY. В режиме SNOOZE некоторые периферийные модули активируются и работают без пробуждения процессорного ядра. Из режима SNOOZE микроконтроллер может вернуться в режим SSTBY. В режиме полного программного останова (DSTBY) большинство внутренних генераторов остановлено, содержание внутренних регистров не определено.
    Возможно, главной особенностью микроконтроллеров группы RE 01 является контроллер EHC управления внешним элементом, аккумулирующим энергию окружающей среды. Его структурная схема представлена на рисунке 2. Насколько нам известно, на сегодняшний день среди 32‑бит микроконтроллеров только МК группы RE 01 обладают такой особенностью. Накопительный элемент (НЭ), аккумулирующий энергию окружающей среды, непосредственно подключается к выводу МК, и каких-либо дополнительных внешних компонентов не требуется. Заметим, что при подключении НЭ нельзя использовать внешний сетевой источник питания.


    Рис. 2. Структурная схема контроллера EHCНапряжение НЭ может использоваться для питания МК. Этот же элемент способен зарядить батарею, подключенную к выводу VBAT, или накопительный конденсатор, соединенный с выводом VCC_SU. При этом и батарея, и конденсатор защищены от перезаряда, а заряд прекращается при достижении заданного порога напряжения. Кроме того, предусмотрена защита от обратного тока от батареи или конденсатора к накопительному элементу. Контроллер EHC формирует цепь заряда конденсатора и батареи от НЭ в зависимости от напряжения их заряда. При подключении батареи или конденсатора для заряда к НЭ контроллер формирует два прерывания.
    МК группы RE 01, как и микроконтроллеры других групп компании Renesas, имеют довольно оригинальную систему шин, которая позволяет увеличить производительность МК и обеспечить ряд дополнительных возможностей для обработки данных без привлечения ресурсов процессорного ядра. Организация шин МК представлена на рисунке 3. При такой шинной архитектуре можно реализовать параллельную работу, когда разные ведущие шины запрашивают доступ к разным ведомым шинам, что позволяет увеличить производительность. Однако следует учесть, что нельзя одновременно обращаться и к внешней шине, и к любой из внутренних шин.



    Рис. 3. Организация шин микроконтроллераМониторинг шин позволяет избежать ошибочного доступа к устройству. При ошибке доступа формируется прерывание, и корректное выполнение операции доступа к шине не гарантируется. Адрес ошибочного доступа и статус доступа (чтение или запись) сохраняются в специальном регистре.


    Рис. 4. Структурная схема котроллера DTCКонтроллер трансфера данных (DTC) позволяет значительно ускорить перемещение данных; при этом ресурс ЦП не используется. Передача данных осуществляется между встроенными периферийными модулями МК, а также между этими модулями и внешними устройствами. Структурная схема котроллера DTC и его соединение с другими модулями показана на рисунке 4. Инициализация передачи данных происходит по запросу прерывания. Контроллер DTC реализует три сценария передачи данных:
    1.  Нормальный режим. В нем происходит однократная инициализация контроллера и, следовательно, однократная передача данных.
    2.  Повторяющийся режим. В данном случае также происходит однократная активация, но после окончания передачи данных контроллер DTC вновь обращается к начальному адресу и повторяет трансфер. Допускается не более 256 повторных обращений, в каждом из которых можно передать не более 32 бит. Таким образом, максимальный объем предаваемых данных в этом режиме составляет 256×32 бит = 1024 байт.
    3.  Блочный режим передачи. Однократная инициализация приводит к передаче блока данных с максимальным размером 1024 байт.


    ...



    Прочитать в оригинале…
    Последний раз редактировалось Darya; 10-09-2020, 17:55.
    Взято автоматически из интернета.

Похожие темы

Тема Автор Раздел Последнее сообщение
2002—2021 «ЭтЛайт»
Наши контакты: +7 (812) 309-50-30, client@efind.ru
Реклама · Участие в поиске · Инструменты · Блог · Аналитика · English version

  ExpoElectronica RADEL
Обработка...
X