传感器数据管理优化成就恩智浦MCU“始终开启”功能

2014-12-09 09:58:31来源: EEWORLD

    基于ARM核的微控制器(MCU)已经成为一种时尚,一种趋势,也是一个界限,不过随着很多厂商已经跨过了这个“有没有”的界限,大家又站在同一起跑线上以后,新的竞争开始了。很多工程师关心的问题也从“是否基于ARM核”转向了“能提供什么差异化”。MCU领头羊们也开始谋划新的“界限”。

    最近几年和未来的一段时间,对社会产生巨大影响的4大因素有物联网、网络安全、便携和可穿戴式应用、互联汽车。这些因素有一些明显共性,例如用到的传感器种类和数量越来越多,需要时刻运行,对功耗的苛刻要求。以上这些共性就要求新一代的传感器枢纽,即作为各种传感器所收集来的数据的处理中心。“欧洲豪门”恩智浦半导体NXP)就把竞争的“界限”划定到了这类多传感器处理应用上,推出了LPC54100系列MCU,它在“始终开启”传感器处理应用中拥有业界最低的功耗。NXP微控制器通用市场产品线总经理Ross Bannatyne先生近日来京向记者介绍了这款新产品的独特魅力,并展示了一些有趣的参考案例。

    Ross 表示:“早期的传感器融合多用在移动市场,如智能手机中的运动传感器、加速器、陀螺仪,其他应用正在效仿这种功能。各种应用都有同样的趋势(采用更多的传感器),不同的传感器。例如工业用的最多的是温湿度传感器,游戏用的最多的是运动传感器,医疗健康应用更多地采用生物传感器。我们想把在移动领域的成功经验移植到健康、娱乐甚至是工业领域。NXP LPC54100系列MCU的目的就是处理不同类型的传感器数据,可以实现传感器监听、汇聚、融合及通信,并且在‘始终开启’传感器处理应用中达到业界最低功耗。”

图1 NXP微控制器通用市场产品线总经理Ross Bannatyne先生

三个模式的传感器数据管理优化

    Ross表示:“我们一个客户在早期试用后,向我们反馈他们的典型便携式健身设备电力节省达20%,这是他们将LPC54102与最接近的竞争产品进行比较得到的结果。NXP随后也进行了相关检测,验证了确实LPC54102能效要高20%。”
  
    这都归功于LPC54100系列MCU有很多对传感器数据管理功能的优化,这就使得不是每次接到数据都要处理,节省了内核资源和功耗。优化包括以下几个方面。

    首先是不同传感器数据管理方式不同,有两个核(Cortex-M0+和Cortex-M4F)来处理不同数据。如何保持最低功耗呢?即在每个处理数据节点只调用最低数据处理能力。LPC54102有3种模式:(1)监听模式,即掉电模式,且无CPU处理,但具有RAM保留功能,此时功耗仅为3 µA,竞争产品功耗为9 µA。(2)读取模式(I2C和ADC,12 MHz CPU时速率为10 S/s),这种模式用于监听、数据采集以及管理等非数据密集型应用。此时,LPC54100中只有Cortex M0+在运行,功耗为55 µA/MHz。(3)算法处理(80 MHz CPU时每秒一次),这种模式用于传感器信息处理和数据通信等数据密集型应用。此时,LPC5412中的Cortex-M4F核工作,其功耗为100 µA/MHz。竞争产品在第2和第3种模式时,都是采用Cortex-M4F核工作,功耗为112 µA/MHz。

    LPC54100的另一个特别之处是有一个模拟接口。一般的传感器都是数字输出,而工业应用却不同,是模拟输出。因此针对工业应用可能需要的模拟接口,LPC54100内置了一个高能效ADC。它的特点是在任何电压下(1.62 V~3.6 V),都能实现最高性能,达到12位 4.8 MS/s。而其他竞争对手产品中内置的ADC速率只有2.4 MS/s,而且必须是在高电压下。如果电压只有1.8 V甚至更低,它们的ADC就不工作了;而LPC54100在1.62 V也能全速运行。这种低电压运行的功能十分适合需要低功耗的应用。Ross特别指出,这个ADC模块是NXP采用新的IP,从零开始从上至下设计的,相当于在一块白纸上规划。

    此外,LPC54100系列针对空间受限设计的微型结构,低至3.28 mm × 3.28 mm WLCSP封装,使其适用于可穿戴式设备等物联网应用。

图2 LPC54100内部框图

“一站式”应用盒子解决方案
   
    NXP有最广泛的32位ARM MCU产品组合之一,有多达400多款MCU,并且使用同样的LPC开发套件。NXP提供了总体“一站式”解决方案,其集成度高,能为设计人员提供构建应用所需的一切。此外,能快速完成从评估到实现最终产品设计,简化设计并降低风险,客户不用担心复杂问题,能把精力花在终端产品上。

    目前有4个典型的基于LPC54100的解决方案。一个是NXP与BST一起开发的SensorHub,应用于手机和穿戴设备,可作为协处理器帮助应用处理器减少负担。第二个是与高通合作的QCA Wi-Fi模块,适用于低成本工业级应用,包括物联网、智能家居。第三个是与MXCHIP合作的Wi-Fi方案,这是一个完整的物联网解决方案,从硬件开发、驱动、协议,到云服务、操作系统,再到智能手机端的SDK开发。还有周立功的阿波罗(Apolio)平台,它是一个即插即用的工业类入门级解决方案,是一个像“搭积木”一样的嵌入式系统软硬件开发平台。说到周立功,我们知道2年多前,其与NXP的强大竞争对手开始合作,记者很好奇他们的合作是否会影响NXP和周立功的关系。Ross 十分大方地表示:“这是很正常的商业行为,他们也可以从中吸取很多精华,我们并不介意。”

传感器枢纽演示

    LPC54102的一个典型应用配置是:SPI接口接蓝牙,ADC接心率监测和温度传感器,I2C接口与加速计、陀螺仪等连接。下图是NXP工程师所演示的SensorHub方案,可以同时检测照明、温度、湿度甚至进行语音识别,还可以运用开发板上的陀螺仪、加速计等运动传感器玩赛车游戏甚至绘画。此外,在监听、处理传感器数据的同时,还能保持低功耗(图3橙色半圆形所示)。

图3  NXP工程师演示SensorHub方案:一站式传感器处理/运动解决方案

图4 NXP工程师用SensorHub方案玩赛车游戏

“第一”也要不断进步

    很多人不知道(记者也是其中之一),第一家生产基于ARM MCU的厂商是NXP,并且ARM现在热推的mbed物联网平台,NXP也是第一个加入进来的微控制器厂商。Ross 表示:“因为大家都想凭借生态系统这把钥匙去打开物联网的大门。我想LPC54100推出不久后,其他竞争对手可能也会开发出类似产品,我们很欢迎,有竞争才有进步。”

    物联网、网络安全、便携和可穿戴式应用、互联汽车这4大因素正在对NXP产生深远影响。为此,NXP微控制器技术也不断在实现“智慧生活、安全连结”的目标上更上一层楼。


 

关键字:NXP  LPC54100  MCU  传感器

编辑:chenyy 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/2014/1209/article_17541.html
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