让电池寿命延长达4倍以上 Energy Micro展现世界最低功耗的ARM Cortex-M3 微控制器
- 李佳玲
嵌入式系统的应用市场非常广大,涵盖工业、消费性及汽车等众多领域。过去因功能诉求单纯,8位元及16位元微控制器(MCU)已堪使用,然而,随着市场对操控性、连结性的需求升高,加上32位元MCU的使用方便及平价化,对8/16位元市场的取代效应已经浮现,而ARM的低功耗Cortex-M3架构则是近来MCU市场的主流。
ARM台湾行销部门经理Tom Wang分析指出,目前嵌入式市场朝向加值性、节能、人性化界面、线上连结、软件应用等5大方向发展。为了提升嵌入式产品的加值性,软件IP的重要性大幅提升,ARM的全球化软件团队能满足这方面的需求。随着环保意识抬头,各国纷纷订出相关的环保标章,而节能是其中的要求重点,这为嵌入式产品带来新的设计门槛。不仅如此,人机界面的操控性要更便利,而且要能随时与无线或有线网络连结,让嵌入式设计愈来愈仰赖高端的处理器效能。
「今日的嵌入式设计中,软件的功能需求已愈来愈复杂,这将是很大的开发挑战。」Tom Wang表示,在嵌入式产品的设计案中,不论是新功能的增加,或是硬件功能的强化,现在都希望透过软件功能来满足,这也使得开发案的软件成本水涨船高。不过,市场上MCU的软件元件置换仍然不易,因此,有必要建立微控制器软件界面的相关标准。
「ARM Cortex-M系列处理器正是专为嵌入式应用而开发的处理器核心,提供了广泛的软件开发工具及对RTOS的支持。」Tom Wang强调,嵌入式设计要求低功耗、小尺寸、低成本、广泛的连结性,以及高可靠度等,ARM Cortex-M不仅能满足这些需求,更能提供弹性的CPU、Graphics、IO和数码信号处理系统架构来得到产品的区隔性,同时支持高度的安全性。ARM台湾资深FAE Kevin Ho表示,为了让基于Cortex-M核心开发的微控制器能得到最佳效能,ARM为开发者提供一套专属的工具-Keil。它具备最佳化的Compiler、IDE、Debugger、Debug/Trace Adapters,除了支持Cortex-M外,也支持CoreSight先进技术。此外,RTOS和中介软件也针对Cortex-M做了最佳化的改善。
以「简单」和「节能」特色取得市场利基
目前市场上已有众多全球一线大厂推出基于ARM核心的微控制器,然而,Energy Micro仍能杀出重围,嬴得市场的肯定,自然有其独到的竞争优势。该公司在于2011年7月14日在台北六福皇宫首次在台湾公开介绍EFM32系列产品,现场吸引超过2百位产业人士莅临听讲,其市场号召力已可见一斑。
「我们公司最大的特色,就是能满足超低功耗的嵌入式设计要求。」Energy Micro大中华区业务总监Jeff Su一言以蔽之地指出,该公司致力于低功耗的应用与芯片设计,已推出一系列全世界最低耗电Cortex-M3/M0的Gecko系列MCU,接着还将推出下一时代的超低功耗Draco系列射频(RF)产品。
成立于2007年,Energy Micro的总部设立于挪威,管理团队主要来自Chipcon、TI、Atmel、Silicon Labs等芯片大厂,拥有丰富的SoC开发经验。2009年Energy Micro成功发表第1款32位元的微控制器产品Gecko(壁虎家族),2010年又陆续发表低成本的Tiny Gecko系列及搭载较高容量存储器的Giant Gecko系列微控制器产品。成立的时间虽短,该公司已获得许多大奖,例如2010年在纽伦堡嵌入式世界展览及会议中,Energy Micro即获得嵌入式硬件奖。
让电池寿命延长达4倍以上
Jeff Su强调,身为市场新进者,为能够在众多微控器一线大厂分食的市场中取得利基空间,Energy Micro必须掌握特定的领先技术,其中「简单」和「节能」就是Energy Micro公司最重要的核心技术价值。尤其是在节能方面,Energy Micro的EFM32 Gecko、Giant Gecko和Tiny Gecko微控制器产品能做到仅有市面上8、16及32位元产品的四分之一功耗,也就是能将电池寿命延长达4倍以上。
「为了落实最低功耗的产品定位,除了处理器核心外,其他的类比与数码功能都自行研发设计,这样才能全面性地改善微控制器的设计架构。」Jeff Su指出,EFM 系列MCU 支持EM0 – EM4等5种功耗模式,在全功能运作下的EM0 模式(Run)下,只消耗160µA/MHz,在最省电的EM4 模式(Shutoff)下,消耗电流更是仅仅只有20nA。除了从睡眠到唤醒的时间只需2µs外,更值得一提的是,透过独创的PRS技术,其MCU在进入休眠状态时,其他的周边仍能独立运作,让系统能维持在低功耗的状态下。
当然,有好用的开发工具,才能在开发过程中达到事半功倍的成效。IAR台湾区代理商─新华电脑业务部经理黄瑞安在现场展示时表示,IAR至今全球已售出10万多套license,针对Energy Micro Cortex M系列,IAR提供的方案,包括可产生市面上最小ANSI C/C++程序码的UML-Based图形化设计、测试与验证控制逻辑软件virtualSTATE,及最佳应用程序编译和除错发展的EWARM,它除了在Code Size及Execution Speed有最佳效能外,新推出的电源除错(Power debug)功能,可协助软件工程师,藉修改程序达到降低耗能的目标,是目前有别其他ARM compiler独特的功能。
另外,32位元ARM核心微控制器加上RTOS已是主流的市场架构。Micrium uC/OS Ⅱ/III是目前最普及的RTOS之一,程序码极为精简, 对实时性的多工应用是不可或缺的,再搭配全系列的中介软件,如TCP/IP、档案系统、GUI、USB终端/主控端等,使系统的效能得以高度发挥。当然对入门的使用者,最需要的是1套容易上手的EFM32 Starter Kit,内含完整的相关软硬件。
继ARM Cortex-M3之后,Energy Micro又采用ARM Cortex-M0核心推出了20款全新的Zero Gecko产品线,强调的是更低功耗的性能表现,其目标应用是电池供电领域,如能源计量、大楼自动化、安全和可携式医疗设备。接着将问世的则是新一代的Draco射频产品,将提供整合型的系统单芯片,以及需搭配MCU的网络处理器和收发器等3种产品类型,预计在今(2011)年第4季开始送样,2012年初开始量产。
更详细的Energy Micro低功耗EFM系列MCU解决方案,请参见
http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&Cat=1&Cat1=&id=0000243309_FEW23RF21Z114J8HGVKW1&query=Energy+Micro