當(dāng)電池需要在幾年甚至幾十年中為某個產(chǎn)品供電時,，不斷改進MCU集成產(chǎn)品和輕微修改基本處理器結(jié)構(gòu)都不能滿足人們急劇增加的節(jié)能需要。針對很多能源敏感產(chǎn)品,，如：計量器,、樓宇自動化產(chǎn)品、安全產(chǎn)品和便攜式醫(yī)療設(shè)備,，如果節(jié)能需求和處理功率之間發(fā)生了沖突,，就必須要大規(guī)模發(fā)展MCU設(shè)計。
EnergyMicro采用了一種‘bluesky’的方法來設(shè)計它的低功率EFM32Gecko微處理器,，也開發(fā)了支持這個產(chǎn)品的軟件和硬件工具（圖1）,。EnergyMicro現(xiàn)已生產(chǎn)了一種裝置，僅夠消耗現(xiàn)有8位,、16位和32位MCU所耗能量的四分之一,，使現(xiàn)有電池的壽命大大延長了。換句話說,，有了這樣的節(jié)能MCU,產(chǎn)品設(shè)計人員能夠大大削減電池的成本,、縮小它的尺寸了。而對某些產(chǎn)品,，如能源計量器和安全設(shè)備,，有了頻率、成本和碳足跡的維護標(biāo)注,，電池的更換次數(shù)就更少了,。
要在MCU上獲得如此低功率的資格不是件容易的事，需要進行多年的開發(fā),，實現(xiàn)真正的創(chuàng)新,。到EnergyMicro的網(wǎng)站上去查一查最高峰值，您就會發(fā)現(xiàn)有關(guān)技術(shù)的描述都取了很大的標(biāo)題,，讓32位EFM32成為世界上最節(jié)能的微控制器的10大原因,，實際上肯定還有更多的原因。
我們先把“超低能量”的specmanship（技術(shù)指標(biāo)差距）放在一邊吧,。當(dāng)電池充電量有限時,，MCU如何能超時使用能源就變得很重要。在產(chǎn)品的休眠期內(nèi)減少其能耗和時間與在活躍期時要做的工作一樣重要。EFM32MCU以ARMCortex-M3處理核為基礎(chǔ),，在設(shè)計上大大減少了活躍模式的電源消耗,。在基準測試中，32MHz的EFM32實際需要3V的供電,，以180μA/MHz的能量運行正確的Flash代碼,。
這很好，但MCU需要多長時間來處理任務(wù)也會對節(jié)能產(chǎn)生重要影響,。因此,，使用32位Cortex-M3比8位和16位器件的處理效率高，執(zhí)行任務(wù)的時鐘周期也短得多,，這樣就會大大縮短產(chǎn)品活躍期,。通過保持盡可能短的活躍周期，32位MCU更多的時候都處于深度睡眠模式,。人們都忘記了過去32位處理器是不能傳送sub-?A待機模式的，采用了正確的低功耗設(shè)計技術(shù),，現(xiàn)在可以做到這點了,。EFM32可以提供所有基線功能，如：實時計數(shù)器,、RAM和CPU保持,、掉電檢測和深度睡眠模式中的開機重設(shè)，全部只使用0.9μA的能量,。
通常,，在我們提到的目標(biāo)應(yīng)用中，MCU的工作周期可以非常短,，MCU在深睡眠狀態(tài)可停留高達99%的時間,。因此，這里的消耗對整體節(jié)能真的很重要,。
如果MCU從深度睡眠中喚醒產(chǎn)品并重新進入活躍模式所花的時間很長,，其優(yōu)勢就會喪失。為什么呢,？因為當(dāng)MCU從深度睡眠狀態(tài)進入活躍狀態(tài),，總會有一個喚醒周期，在次期間處理器必須等待振蕩器和電源系統(tǒng)穩(wěn)定下來才能開始執(zhí)行代碼,。由于在此期間無法進行任何處理,，喚醒所耗費的能量就被浪費了，因此縮短喚醒時間對降低整體能耗很重要,。
不止這些,，MCU應(yīng)用還會影響實時要求，這通常指的是喚醒時間必須保持最短才能使MCU能夠在一段時間內(nèi)回應(yīng)一個事件。由于許多應(yīng)用要求的延遲比許多現(xiàn)有MCU的喚醒時間還長,，設(shè)備通常不能完全進入深度睡眠——這對節(jié)能應(yīng)用來說不是很好的解決方案,。
為了解決這個問題，EFM32采用了各種設(shè)計技術(shù)將深度睡眠的喚醒時間減少到了僅需2μs,，確保CPU開始處理任務(wù)時所用的能量最少,。
如果要完全控制和真正優(yōu)化節(jié)能，系統(tǒng)設(shè)計人員需要靈活選擇一些結(jié)構(gòu)良好的能源模式,。如表1所示,，EFM32提供了幾個模式，可讓設(shè)計人員及時在任何地點使用資源,，最大限度地提高能源效率,。
即使在一些觀察家看來這些能源模式可能有點粗糙，但啟用或禁用不同外圍設(shè)備可更精細地調(diào)整每個模式下的資源,。無論采用哪種方式,，EFM32的能源模式都有助于杜絕任何能源的浪費。
當(dāng)然,，低功耗MCU提供的外圍設(shè)備功能塊需要被刻意設(shè)計來用于低功耗操作,，而EFM32也不例外。例如MCUsport的8通道12位ADC在全分辨率時使用350?A和1Msamples/1秒的轉(zhuǎn)換率,；一個4×4節(jié)的LCD控制器只用550nA的sporting集成電壓增強,、對比度、動畫和閃爍功能,；而特殊的低能量UART和有32kHz時鐘的完整UART,，數(shù)據(jù)傳輸速度達9600波特時僅消耗150nA。
要實現(xiàn)更好的節(jié)能效果,，創(chuàng)建一個MCU架構(gòu)是個重要的創(chuàng)新,，它使CPU可以自動保留外圍設(shè)備功能。因此,，EFM32的外圍設(shè)備在設(shè)計上要能顧及自己,，要么讓CPU處理其它高水平任務(wù)，要么干脆入睡,，這兩種方式都可以節(jié)能,。
要更進一步實現(xiàn)自動化，就要將EFM32引入另外一個可編程互連結(jié)構(gòu),，稱為外圍反射系統(tǒng)到一個MCU架構(gòu)（圖2）中,，使外圍設(shè)備之間的交流不會受到CPU的干預(yù)，從而更多地減少能量消耗,。
擁有超節(jié)能的MCU本身并不能保證用戶有最低的能耗,。如果在產(chǎn)品進行原型開發(fā)的早期就配備能識別并防止能耗的合適工具,，就可以大大減少最終產(chǎn)品的整體能耗。
在Electronica2010展上,，EnergyMicro宣布即將開發(fā)SimplicityStudio,，這是用于EFM32微控制器的完整的圖形用戶界面開發(fā)套件。它會更快接入硬件,、固件和軟件工程師們所需要的所有信息,、文件和工具，并有效地開發(fā)嵌入式系統(tǒng),。這些工具大部分都有現(xiàn)貨,。
EFM32的開發(fā)工具包有一個AdvancedEnergyMonitoring（AEM）系統(tǒng)，可持續(xù)測量消耗的電流,。這種測量方法是完整的,，可準確描繪超時使用的電源，把實際中應(yīng)用優(yōu)化為低功率運行（圖3）,。
在使用energyAwareProfiler“能量調(diào)試”軟件工具時,，AEM可使用戶及時確定能源圖上顯示的在給定時間內(nèi)執(zhí)行的實際源代碼。這些代碼會立刻向工程師們指出產(chǎn)生高能耗的程序部分,，使代碼被優(yōu)化,，更密切地管理好節(jié)能。