MSP430凭什么成为低功耗之王

2012-09-28 10:18:51来源: EEWORLD

一个持续了长达20年之久的架构,一个在功耗指标流行之前就已提出的概念,一个最早只用于仪表市场然而现在却广泛使用的产品,一个历经周折险些被砍掉的产品,一个在ISSCC等国际重要会议上广受好评的产品,一个被认为是行业标杆的产品,一个第一个和电影明星一样闪耀的产品。这就是德州仪器的MSP430 MCU。

今年年初,德州仪器宣布MSP430的重要升级版,将铁电第一次植入MCU内部,正是这款被命名为“金刚狼”的MSP430家族新成员,让TI MCU蝉联低功耗之王的宝座。

   

    德州仪器MCU业务拓展经理吴健鸿

430:立足于工艺的改善

众所周知,工艺一定是决定功耗的首要因素,近日,德州仪器MCU业务拓展经理吴健鸿指出,在目前推出的MSP430金刚狼系列中,使用了特别的低功耗低漏电工艺,针对MCU内部的模拟IP也同时做了低功耗优化。

当然只是工艺的改变并不足以使430成为业界翘楚,毕竟其他公司也在进步。因此在MCU架构方面,金刚狼系列也有着不小的变化:其中包括首次将FRAM(铁电存储)用在MCU中。而在金刚狼二代中,铁电的容量被加大,证明TI非常看好这一技术在MCU当中的应用。

对于MCU来说,铁电存储的好处都有哪些呢?

“在一般的MCU中,我们通常用Flash存储代码,用EEPROM存储数据. 当需要对片上Flash 擦写时,MCU内部需要专门的升压电路讲电源电压(通常3.3V)升十几伏,才能执行Flash擦写操作,所以MCU在写Flash的时候是特别耗电的。而铁电可以通过较低的电压实现擦写,而且写入速度相比较Flash要快很多,因此综合考虑,铁电的工艺相当于Flash工艺的1/250功耗。”吴健鸿指出。

据介绍,Ramtron这家专注于铁电的Fabless公司,十几年前就和TI共同开发相关工艺,而且直到目前,其代工产品均出自TI,这也是TI可以很便利的用上铁电技术的重要原因。

如何评价一款MCU的功耗

每个MCU的厂商都在谈论低功耗,那么低功耗的标准是什么呢?简单来说,MCU主要分为两种工作模式:待机与执行,而MSP430将低功耗模式扩展为7种,分别对应不同应用场合及任务的低功耗方式。

以睡眠模式为例,包括深度睡眠模式RTC:只有时钟在跑而其他都不动,目前,TI宣布其MSP430在RTC模式下最低功耗仅为360nA。同时也包括诸如液晶显示驱动等需要几十毫秒刷新一次的间歇性睡眠模式。而MSP430之所以成为低功耗之王,最重要的一点就是“非常好的对睡眠状态进行细分与精确估算”。需要考虑睡眠功耗的应用场合显然是不需要频繁操作的,比如遥控器,热表
 
另外,与睡眠模式相关的,是唤醒时间的考量,唤醒时间尽可能的快,才会使睡眠模式更加有效。

除了处理,还不能忘记模拟

MCU和CPU有什么区别呢? CPU相对于MCU在处理速度与功能方面都强大不少,然而MCU中也有很多CPU没有的东西,比如ADC、电源管理等集成功能。因此如果考量系统的整体功耗,千万不能忘记这些看似“不重要的东西”。

比如说,我们在电表、热表上面都有一个很好的ADC在上面去跑。所以,当我们在看整体的低功耗的时候,除了内核要跑低以外,ADC要跑的低,这样把这些加起来才是低功耗内核的要求。

低功耗微控制:金刚狼最适合

MSP430的处理能力与现在Cortex-M系列内核相比,确实会逊色一些,然而在低功耗控制方面,其拥有的优势是无以伦比的。

MCU控制方式分为三种:实时控制、运算控制以及微控制。

微控制是什么呢?比如说,你的遥控,你按一个按键,它就知道你按了按键,它就会发出一个信号。好比你家里有一个电饭煲,你按一下那个电饭煲,它是说到了半个小时机器就关掉,控制就是这么简单。因此一般8位、16位单片机足以满足微控制要求。

而从微控制到控制部分,相对来说要做的事情就比较多一点。比如当MCU接收到ADC的信号时,需要控制PWM驱动马达,这当中需要做一些运算,而到了实时控制单元,则需要速度更快的MCU来处理,二者综合,也就是为什么TI除了MSP430,还同时有C2000的原因之一。

另外其实讲到运算,MSP430这种简单架构也足够了。比如在电表应用中,最主要的是ADC性能要好,同时加入专用的算法加速器,在这种有特定应用中,既保证了低功耗,同时也确保了处理性能不逊色于其他高性能MCU。
   
微控应用:MSP依然捍卫16位MCU尊严

目前除了TI与Microchip,其他家MCU厂商对于16位MCU市场变得不那么热衷了。但事实如前所述,任何一款产品都有其独特的生产空间。

“即便是性能强的产品,效率也并不一定是最高。”Paul强调道。

比如某个简单指令在16位MCU中变成汇编就是一个指令的事情,而到了32位,因为加入了流水线处理,在处理短指令的时候,需要两至三个指令周期才可以实现,效率反而没有16位高。

“32位MCU尽管处理速度快,但并不适合于每种应用,比如在微控这种市场中,MSP430就是最适合的。”吴健鸿说道。

关键字:MSP430  低功耗

编辑:马悦 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/2012/0928/article_10592.html
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