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可扩展性无线技术在智能感测中的创新应用

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针对最低功耗的多处理器效率

  很多智能感测应用必须在只有一块纽扣电池供电的情况下,在不间断状态下运行数年。其它设计没有电池,所以它们必须能够在能量采集技术的有限电量下运行,特别是可穿戴应用对于功耗特别敏感。

  SimpleLink无线平台必须将多个处理器集成在一起,以提供一个智能感测应用在执行多种任务时所要求的不同等级的计算能力。通过使用手头现有的合适的处理器来执行任务,SimpleLink无线MCU能够以尽可能低的功率运行:

  应用处理器:SimpleLink超低功耗平台的主处理器,必须为它提供作为独立MCU运行时所需要的性能,可以智能地管理一个基于传感器的系统。以提供充足的处理能力来应对应用和进行高级堆栈处理,并且具有极高能效。根据EEMBC的ULPBench数据显示,CC26xx/CC13xx平台具有同类产品中最佳的低功耗得分,158分。

  无线电处理器:SimpleLink平台集成一个专门用于处理系统中所有低级别无线电任务的Cortex-M0。这就减轻了主CPU的那些对处理时间要求严格的任务负担。

  传感器控制器:快速且高效地处理传感器监控。被设计成能够进行恰到好处的处理,以满足数据采样和做出简单传感器决策的要求。此外,由于它的内存有限,并且没有外接外设,对于定期轮询传感器输出,并且决定阈值事件是否出现等任务,控制器能够实现极高能效,并有效避免了在非必要时唤醒主CPU,浪费资源的情况。

  通过提供无线电设备运行和与之对接时所需的软件,要用SimpleLink无线MCU简化设计。这将无线电设计简化到了一定的程度,使得开发人员可以直接使用合适的SimpleLink器件,并且在无需大量配置或调节情况下快速开始使用这款无线设备。为达到这一目的,这个无线电控制器与生产代码会一同提供,并且已被优化,以实现最高效的无线电运行。

  由于传感器控制器需要监控传感器、做出决策,并且根据特定应用来采取行动,开发人员需要能够配置其运行。因此提供一款可以帮助用户实现对传感器控制器的配置的软件开发工具显得十分必要。有可能在无需写入任何代码的情况下配置传感器控制器,让其执行常见任务,而对于那些需要定制代码的应用来说,可以通过一个与C语言相类似的脚本语言来实现。通过使用用于测试和调试功能的传感器控制器,传感器控制器工作室加快了开发进程,从而实现了传感器数据的实时可视化,以及算法验证。

  这个传感器控制器的另外一个主要优势是与主CPU集成在了一起。传统情况下,使用一个二级、处理能力相对较低的MCU来执行传感器控制器,以减轻主应用处理器的负担。主要的功率优势源于应用处理器能够进入睡眠模式,从而让功效更高的控制器监控和管理这些传感器。

  由于这些二级MCU是在应用处理器的外部,开发人员必须设计和管理这些处理器之间的通信。他们还必须执行中断功能,查看控制器是否能够唤醒应用处理器。


  图2:通过集成一个传感器控制器,将无线电设备和MCU置于同一封装内,硬件设计被大幅简化,并且有可能实现更高功效。

  SimpleLink平台(请见图2)需要在不增加设计复杂度的同时提供了高功效所具有的全部优势。由于传感器控制器、无线电MCU,以及应用处理器都被集成在同一块硅片上,硬件和软件设计被大大简化,还有可能实现更高功效。

  当然,开发人员能够完全使用Cortex-M3的可编程能力来进行应用开发。而且为它的每一项无线电技术都提供了一个API,开发人员可以以最高的效率,在他们的应用中快速执行无线连通性。

  创造出易于编程的无线MCU,并且避免在尝试进行物理层和堆栈集成时所遇到的难题是市场客户需求。应用代码在一个很多设计人员已经熟悉的ARM Cortex-M3标准化MCU上运行。在无需损失可靠性或性能的前提下,RF和天线设计也已经简化。稳健的安全性是固有属性,而协议堆栈也已经为生产做好准备。

  在使用广泛的开发工具和第三方生态系统时,SimpleLink平台是使用和设计方面最为简单的平台。开发人员可以从Code Composer Studio 集成开发环境或IAR嵌入式工作台等全功能设计环境中进行选择。此外,针对平台的综合评估套件可以用于立即开始设计工作。

  为了应对每个应用的不同I/O需要,多种封装尺寸的SimpleLink无线MCU也将成为必要。采用4x4mm封装的器件提供10个GPIO,而5x5mm封装则具有15个GPIO。对于那些需要更高级连通性的应用来说,7x7mm封装能提供31个GPIO。

  可在整个无线技术范围内扩展的多标准MCU平台,使得制造商能够从一个全新维度来快速且灵活地应对市场变化。而这一切都是以最优数量的存储器、GPIO个数和器件封装的灵活选择为基础,进而对降低功耗和成本产生积极影响。

  另外, SimpleLink超低功耗无线MCU平台使得开发人员能够在设计周期的后期阶段为他们的系统选择无线电标准。这为制造商提供了更多的时间和巨大的灵活性来决定如何最好地满足当前的市场需求。与此同时,通过为一个应用专用器件提供经优化的性能和功耗,此平台可以帮助开发人员更加轻松地满足很多智能感测应用提出的严苛要求。
 

  文/Karl Torvmark 德州仪器 (TI) 战略市场营销,无线连通性解决方案

  Jeanna Copley 德州仪器 (TI)产品营销工程师,无线连通性解决方案


 

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