独特解决方案满足低功耗应用 Alan Pang 2016-Aug-24
为什么低功耗很重要? 环保 更好的用户体验 节约成本 在某些应用更换电池不切实际 3
低功耗要求 简单的电池供电设备 加密设备 穿戴装置 4 总线供电的网络设备 工业传感器 / 监控器
EFM32 Pearl & Jade Gecko 处理器和内存 Cortex-M4 with FPU or Cortex-M3 Up to 40 MHz 128-256 kb 闪存, 32 kb RAM 封装 QFN32 (5 mm x 5 mm) QFN48 (7 mm x 7 mm) 5
NEW NEW NEW NEW NEW NEW NEW NEW EFM32 Pearl & Jade Gecko ARM Cortex-M3/M4 FPU MPU Debug Interface CPU and Memory Flash Program Memory RAM Memory LDMA Controller Clock Management High Freq Crystal Osc Auxiliary RC Osc Low Freq Crystal Osc High Freq RC Osc Ultra Low Freq RC Osc Low Freq RC Osc Energy Management Voltage Regulator DC-DC Converter Power-on Reset Voltage Monitor Brown-out Detector Security Crypto AES, ECC, SHA CRC32 Feature available down to Energy Mode EM0 Run EM1 Sleep 32-bit bus Peripheral Reflex System EM2 Deep Sleep Serial Interfaces I/O Ports Timers and Triggers Analog Modules EM3 Stop 2x USART I2C LE UART External Interrupt Pin Reset GPIO (5V Tol) GPIO Wake-up 2x Timer/ Counter Pulse Counter Calendar RTC Low Energy Timer Watchdog Timer Cryotimer ADC Current DAC 2x Analog Comparator EM4H Hibernate EM4S Shutoff 6
Power 极低的启动和休眠电流 Cortex-M4 with FPU or Cortex-M3 63 μa/mhz run Idd (EM0) 2.5μA 深度休眠可维持 /BOD/RTCC (EM2) 3.0usec 快速唤醒从 EM2 至 EM0 60usec 唤醒从 EM4H 至 EM0 290usec 唤醒从 EM4S 至 EM0 Active Mode Power Total energy consumption = Active + Sleep mode energy Sleep Mode Power Time 7
硬件加密引擎 8 对称加密 AES-128, AES-256 ECB, CBC, CFB, OFB, CTR,.., CBC-MAC, GMAC, CCM, GCM, CCM*, Zigbee (CCM*), WMBus (CTR / CBC), Bluetooth Smart (CCM), OTA, Production Prog, Secure Storage 非对称 Elliptic Curve Cryptography (ECC) P-192, P-224, P-256, K-163, K-233, B-163, and B-233 Zigbee (Zigbee Smart Energy), BT Smart (LE Secure Connections), Thread, Signatures 安全问题 SHA-1, SHA-224 and SHA-256 关键构建模块,e.g. HMAC, Zigbee, BT Smart, Thread, Data Integrity 丰富软件库的 Simplicity Studio AES, SHA-1, SHA-2, ECC, DES, 3DES, MD4, MD5, RC4
硬件加密加速器的效益 Operation Standard mbedtls Crypto Example (cycles) Silicon Labs mbedtls Crypto Example (cycles) Improvement 8192 Hash Iterations 233193519 28926011 8x Encrypt Setkey Encode 2486 346 7x Encrypt IV Hash Update 16736 3916 4x CBC Encrypt 30126 2418 12x HMAC Update 26214 1460 17x HMAC Finish 42103 4623 9x Total 117665 12763 9x Decrypt Setkey Decode 13061 348 37x Encrypt IV Hash Update 16739 3912 4x HMAC Update 26217 1453 18x CBC Decrypt 31351 3480 9x HMAC Finish 42114 4632 9x Total 129482 13825 9x 9
低能耗 UART Full UART 32.768 khz 时钟 150 na 9600 波特率 具有更高速时钟支持更高的波特率 支持 EM0( 活动 ),EM1( 休眠 ) 和 EM2( 深度休眠 ) 模式下发送和接收 支持 Full DMA 在接收到字节或特定信号帧后进行休眠模式唤醒 关闭, 奇或偶校验 可配置停止位 IrDA 的调制器 PRS RX 输入 LDMA RAM 32-bit Bus CPU LEUART Z Z Z RX 10
模拟至数字转换器 ADC 主要特点 : 12 位 @1 MS resolution sample/s: 326μA 可扩展 :6, 8 或 12 位 ADCn_CH0 ADCn_CH1 多达 24 个输入通道 内部 / 外部参考 扫描 / 单次转换 单次或重复模式 ADCn_CH23 ADCn_CH24 Temp V DD /3 V DD V SS V ref/2 DAC 0 DAC 1 + - SAR Results 窗口比较功能 硬件控制暖机 在 EM2 EM3 和使用模式, 可以 LDMA 运行 V DD 1.25 V 2.5 V 5 V differential 2x(VDD -VSS ) ADCn _ VCM 利用软件或 PRS 输入控制 11
LDMA 8 个独立 DMA 通道 灵活的来源和目标 内存到内存 内存到外设 外设到内存 外设至外设 传输启动的外设 软件或链接的列表 每个指令可进行单个或多个数据传送 通道间和硬件可同步 支持单个或多个描述器 支持通道仲裁 可编程的数据规模, 以及来源 / 目标位址 与 EM2 外设共同运作, 无需 CPU 干预 DMA Controller Flash RAM External Bus Interface Peripherals 12
外设反射系统 (PRS) Z ARM Cortex-M3 processor Z Z Reflex Producers Reflex Consumers Timer GPIO ADC DAC Peripheral Reflex System 13
PRS 制造商与消费者 14 Reflex Producers ACMPs ADC GPIO USARTS TIMERS RTCC LETIMER PCNT CRYOTIMER CMU PRSL PRSH CH(i) ARM Cortex-M Processor Peripheral Reflex System Channel 1 Channel 2 Channel n CH(i-1) CH(n) CH(i+1) Logical Operation Z ZZ Reflex Consumers ADC IDAC TIMER CMU LEUART USART PCNT WDOG LETIMER RTCC PRS
示例 : 以 ADC & LDMA 读取外部传感器 RTC 启动 ADC 直通 PRS 及驱动外部热敏电阻 RAM ADC 热机, 取 1 采样后可回复休眠状态 ADC 完成启动 LDMA 并移动数据到内存 LDMA 在 1 秒内该过程可重复进行 1, 16, 128 或 1024 次 RTCC RTCC Event Start Conversion ADC ADC Channel Conversion Done S R Q Enable Sensor MCU PCB Components 15
EM0 模式的 PRS 优点 Conditions EFM32WG (EM0, EM2) EFM32PG (EM2) Improvement Sampling ADC in EM2 @ 1 Hz 1.30uA 2.2uA +53% Sampling ADC in EM2 @ 16 Hz 2.43uA 2.30uA -6% Sampling ADC in EM2 @ 128 Hz 10.46uA 2.75uA -26% Sampling ADC in EM2 @ 1024 Hz 72.48uA 6.15uA -91% 16
总结 EFM32PG 的架构设计能解决需要超低功耗的应用 具有快速唤醒的极低工作和休眠模式电流 用最小的功率计算复杂的加密硬件加速器 当 CPU 休眠时, 自主的片上外设可发挥作用 CPU 休眠时,PRS 配置的外设可成为子系统 17
Wireless Gecko (EFR32) Wireless Gecko 2.4GHz & 900MHz 收发器 支持 Thread, Zigbee, BLE & Proprietary 相容的代码 Cortex-M4 具有 FPU or Cortex-M3 最高可达 40 MHz 128-256 kb 闪存, 32 kb RAM 兼容的引脚 QFN32 (5 mm x 5 mm) QFN48 (7 mm x 7 mm) 18
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