导言
在常常提及物联网 (IoT)的新年代——数十亿的“智能终端”，估计在未来十年内会把各种运用与设备都衔接起来——嵌入式技能不再仅仅限于以机械办法出产根本产品。物联网是数据和操控主动化的年代，互连设备和节点搜集信息并与智能体系进行通讯，实时处理问题(例如当体系检测到无人在家时会主动调整恒温器)。嵌入式技能的实质就是将传感、处理和衔接结合起来使IoT变成实际。
人们对功用性、衔接性及便携性的需求呈指数级添加，而群众商场电池技能尚未能同步行进，无法满意商场需求。终端节点一般选用电池供电，需求具有极长电池寿数才干确保安稳牢靠兼且坚持较低本钱。一方面能耗预算决议了新产品的终究规划，而商场方面又不答应制造商下降功用。规划人员面对的应战是，有必要以相同乃至更低的能耗预算完结更高的功用方针。
高能效的全体趋向
越来越多的“智能技能”产品需求满意用户的更多功用要求，而仅仅经过检查原始数据表上的数字来判别能效的办法现已无法供给充沛有力的参阅。能耗预算需求考虑“低功耗”，或许在供给特定功用时耗费了多少电流，此外，还需求考虑更多的要素“动力功率”或许说一段时刻内的能耗。换句话说，咱们有必要查清楚在单位时刻内完结指定使命的耗电量是多少。
在嵌入式体系中，低功耗才是王道，方针是更高能效的经过多使命的办理去完结一个运用程序。这些使命一般可以归纳为三个阶段：初始化阶段、操控阶段(其间或许包括数据搜集、通讯和操控)及核算阶段。在这三个阶段下降能耗的公式十分简略，用更少的动力和时刻完结更多操作(能耗= 功率 x 时刻)。要真实完结方针不只优化其间一个阶段，而是需求优化一切阶段。
在一切阶段完结节能有三个要素。首要，有必要少激活和低待机功耗。其次，有必要具有节能外设，这些外设要智能的、在不一向唤醒CPU的前提下搜集、处理并存储数据。第三，有必要削减核算阶段的处理时刻，以回来深度睡觉形式，然后再重新开端整个进程。
飞思卡尔深化研究了MCU的一切阶段和各个方面，意图是处理更大的问题：你怎样用更少的能耗去做更多操作?结合全体观念来考虑能效问题对目前商场来说还比较新颖。飞思卡尔致力于协助客户从这种新办法中获益。
Kinetis L 系列：全球能效最高的32位MCU
飞思卡尔几十年来不断重视新式运用趋势并为客户开发处理方案，并充沛使用这些经历，致力于为更广泛的运用供给高能效的产品处理方案。Kinetis MCU产品组合供给杰出的低功耗功用，并具有智能功用集成、广泛的外设及高扩展才干等优势。多个Kinetis MCU宗族，其间Kinetis L系列在内是飞思卡尔高能效处理方案的最佳模范。
Kinetis L 系列MCU是 Kinetis 产品组合内新上市的产品，与同类入门级MCU比较，大大改进了功用和功率，可以在初始化、操控和核算阶段明显进步能效。请注意检查图1所示的能效，该图用橙色表明Kinetis L 系列的能耗曲线比照用褐色曲线的其他同类产品。
图 1：Kinetis L系列MCU可在运用的一切阶段，即初始化、操控和核算阶段，大大进步能效。
在开发Kinetis L系列的进程中，要点环绕一个看似简略的概念：如安在没有CPU干涉的情况下搜集数据，然后快速唤醒MCU，尽或许快速、高效地履行相关功用，然后回来睡觉形式?最终完结的成果是大大下降了曲线下方整个板卡的能耗(拜见图1)，为到达这个成果，咱们选用了ARM Cortex-M0+ 处理器，为多个用例运用了超低功耗形式，还有节能型架构技能以及一系列智能功耗办理的自主外设。
突破性规划：10 种灵敏的功率形式
传统的MCU曩昔只选用三种电源形式：运转、睡觉和深度睡觉。但是，这种“以一概全”的思路关于嵌入式产品并不适用，由于嵌入式产品有多种不同的电源装备。飞思卡尔规划团队充沛使用飞思卡尔在MCU方面的丰厚经历，并根据常见示例调查了多种潜在运用和情形，进行了全面、深化的剖析。
剖析成果表明，Kinetis L 系列MCU将传统的3种电源形式扩展为10种灵敏的形式，可以支撑多种运用用例，然后削减了动力曲线下方的面积，大大进步了能效。当逐渐进入深度睡觉形式时，MCU开端在功用上为更多逻辑和内存操控功耗，一起还削减节能外设。
*核算操作启用：3.6 mA @ 48 MHz 内核 / 24 MHz 总线)
**核算操作启用：144 uA @ 4 MHz 内核 / 1 MHz总线)
a 部分Kinetis L 系列设备上供给
表 1：Kinetis L系列MCU将传统的电源形式扩展至10种灵敏的形式，支撑各种运用用例。
表 2：初级电源形式术语
经过体系架构立异进步能效
Kinetis L 系列MCU之所以能效高，在很大程度上要归功于一个立异的架构，该架构结兼并改进了ARM Cortex-M0+处理器的多个低功耗特性，而其它MCU一般未彻底将它优化。例如，要简化运用的初始化阶段，可以运用位操作引擎 (BME)，当该引擎在外设上履行以位为导向的数学运算时可使循环时刻与代码巨细均匀削减40%。BME对 OR、AND、XOR等函数进行位字段刺进和位字段提取进行编码。相反，传统的32位处理器则需求多个指令才干履行等效的读取-修正-写操作。
另一个立异特性是低功耗发动选项，凭借该选项可在发动次序或深度睡觉唤醒时削减峰值功率。这在因电池化学约束答应峰值电流的体系(例如，运用锂离子电池的体系)中尤为有用。此外，经过零漏电I/O和可防止过多电耗的外设时钟门控装备，防止超越漏电电流。
Kinetis L 系列MCU选用飞思卡尔立异、屡获荣誉的闪存技能，供给业界功耗最低的闪存布置。这改进了传统的根据芯片的电荷存储办法，创建了纳米级硅岛来存储电荷，而不运用接连膜，进一步使闪存不被典型的数据丢掉要素所影响。
智能电源外设
Kinetis L系列MCU在外设内完结了低功耗智能，答应外设在深度睡觉形式下经过备用时钟源自主运转。L 系列外设犹如微型内核，可以在不唤醒主内核或体系的前提下履行使命，然后大大下降功耗，进步电池运用寿数。例如，Kinetis L 系列 MCU包括异步DMA (ADMA)唤醒功用，答应某些外设在中止和VLPS形式下恳求DMA传输。ADMA模块将在外设和存储器之间进行数据传输，而无需回来运转形式，也无需恳求处理器进行干涉。支撑外设在深度睡觉状况下持续运转，可向SRAM中的数据阵列来回传输数据，直至搜集到满足数据进行处理。其它竞赛产品则需求唤醒到全运转形式去激活外设并完结数据搜集阶段，然后回来深度睡觉形式。
例如，回到图 1。选用Kinetis L 系列 MCU，数据搜集阶段在深度睡觉形式下开端并显现了低功耗定时器触发的三个周期性事情。该定时器触发低功耗ADC转化发动，并经过ADC内置的比较特性将成果与预编程的阈值进行比照。该特性可防止一旦得出的值不在抱负参数范围内时需求存储成果。请注意，前两个事情不触发去存储成果。但是，最终一个事情则会触发，而不必唤醒CPU来存储数据，适当细小的能量溢出。这是可以完结的，由于L系列的节能型外设支撑异步DMA 唤醒功用，可以将ADC成果存储到SRAM供今后处理，在这个进程中CPU仍然处于睡觉状况。在DMA传输完结后，MCU会主动回来深度睡觉形式。在经过低功耗UART搜集或传输完满足的数据后，CPU便可以‘唤醒’，并开端核算阶段。这仅仅Kinetis L 系列 MCU供给节能外设的其间一个比如。
为了最大极限地使用深度睡觉电源形式的高能效，外设的智能集成是至关重要的。在传统的MCU中，有必要激活主时钟和处理器内核才干履行使命，即使是履行发送或接纳数据、捕捉或生成波形或采样模拟信号等小使命也是如此。
表3
Kinetis L系列MCU在正面比拼的竞赛中胜出
在与竞赛对手相应的16位低功耗MCU打开正面能效基准应战赛中，L 系列证明它是全球能效最高的入门级MCU。每个MCU都由彻底相同的充电电路供电，并都对低功耗运转进行了优化。这些MCU履行重复周期的EEMBC CoreMark®迭代，然后进入五秒钟的深度睡觉期，接连重复上述操作直到最终一个MCU仍然可以激活。在与同等级超高效竞赛对手比照中，Kinetis L 系列MCU是坚持到最终的那款。
Kinetis L 系列MCU将一流的处理才干与杰出的低功耗运转相结合，丈量得出的成果为15.9 CoreMark/mA，远高于最具竞赛产品的参数(拜见下图2)。
图 2：Kinetis KL02 MCU集一流的处理才干与杰出的低功耗运转于一身，以丈量成果为15.9 CoreMark/mA，的优异成绩胜出。
结语
飞思卡尔的立异思想，经过Kinetis L系列MCU杰出的能效领导地位，为嵌入式体系打开了一扇新的大门，为物联网带来的期望。无论是需求延伸电池寿数、进步便携式功用、下降动力本钱仍是遵照动力规范，飞思卡尔广泛的嵌入式高能效产品处理方案都可以使新一代运用完结功耗与功用的完美平衡。
——本文选自本站网4月《物联网技能特刊》EE Design栏目
