黑人粗大精品一区无码的,日本久久一区二区,国产又粗又猛视频免费h,国产又黄又粗视,日韩毛片在线播放,国产又粗又猛又爽又黄的视频小说,99日免费在线,亚洲XXXX性夜,www正在播发少妇,蜜臀色欲AV无码人妻

專注于應變式傳感器及儀表

集設計、安裝、銷售于一體的專業(yè)化測控專家

服務電話:0311-68002401

傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?

今天的便攜式設備通過持續(xù)的活動監(jiān)測和情境感知來了解周圍環(huán)境。為了實現這個功能,設備集成了越來越多的傳感器和外設,由此產生大量數據。這反過來使得集成更強大的CPU變得很有必要,以便執(zhí)行越來越多的計算。同時,必須縮小設計尺寸,降低成本和功耗,但又不犧牲最終產品不斷提升的功能要求。這些傳感器怎么樣才能更好地接連在一起呢?


傳感器中樞(Sensor hub)的概念被越來越多地采用到當今的SoC設計中,以滿足“始終運行”的傳感器/外設訪問和控制(甚至以高速率)的要求,而且不會增加功耗和設計成本。傳感器中樞可以是小型CPU內核,與傳感器/外設連接,并通過執(zhí)行后臺操作并僅在需要時“喚醒”主處理器,充當功耗較大的主處理器的卸載引擎的角色。


用于傳感器采集的基于處理器的典型架構


應用在集成多個傳感器的系統(tǒng)中的典型基于微控制器的架構包括以下組件:


a)一個微控制器單元(MCU) - 也稱為處理子系統(tǒng),MCU控制系統(tǒng)內所有構成部分的運行并處理數據。它包括一個處理器、一個內部或外部存儲器、以及本地數據處理所需的所有外設和子系統(tǒng)。在典型的基于MCU的架構中,控制器執(zhí)行所有傳感器數據收集、處理和存儲。


b)傳感器元件(或傳感子系統(tǒng)) - 一組傳感器,可以是無源或有源,數字或模擬的任意組合。這些傳感器將來自外部環(huán)境的輸入信息轉換成電信號。在大多數應用中,傳感器用于監(jiān)測運動、光、氣壓、振動、流速、溫度、通風、電等。通常來說,傳感器元件在其輸出端生成電壓或電流信號。在數據被處理、存儲和傳輸之前,這些信號一般會被放大,并通過模數轉換器轉換成數字信號。


c)無線電 - 一種短距離收發(fā)器,提供與主機的無線通信。


d)電源子系統(tǒng) - 通常連接到電池或能量采集器。該子系統(tǒng)充當可控單元,可單獨打開和關閉系統(tǒng)構建塊的電源。它通常是MCU軟件中的一個軟件塊。電源子系統(tǒng)負責為每個單獨的硬件組件提供合適的電源電壓。


在具有多個傳感器的更復雜的基于微控制器的架構中,在硬件中集成了智能,用來控制各種子系統(tǒng)。 例如,從傳感器到存儲器傳輸數據耗時又耗電,這一部分工作其實可以從處理器轉移到直接內存存取(DMA)單元。電源管理單元(PMU)還可以被編程為對特定事件做出反應并關閉各種子系統(tǒng),例如外設、傳感器和無線電。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


圖1. 基于微控制器的典型架構


這種先進架構的目的是盡可能減少主MCU活躍的時間。原來需要MCU干預的任務,現在可以由智能子系統(tǒng)執(zhí)行。然而,還存在一個問題,就是每次有來自傳感器、無線電或各種子系統(tǒng)的事件時,MCU都需要被喚醒,因為它是唯一可以部署邏輯來處理這些事件的元件。


優(yōu)化功率的技術 - 添加傳感器節(jié)點控制器


為了延長具有多個傳感器的系統(tǒng)的續(xù)航時間,已經提出了很多種降低功耗的技術。有些技術在媒體訪問控制層面進行節(jié)能,有些技術從數據聚合或融合著手,有的則采用芯片設計優(yōu)化技術,如片上功率門控或動態(tài)電壓調節(jié)。


本文介紹了一種不同的技術,來優(yōu)化多傳感器系統(tǒng)中的電源使用,同時將主處理器用于數據采集的喚醒時間控制到最短。該技術基于集成復雜的硬件狀態(tài)機,可以接管主處理器上的重復性任務,如傳感器輪詢和讀取,從而實現集成的低功耗傳感器中樞概念。專用硬件狀態(tài)機可以更快地喚醒,并使用更少的模塊來將數據從傳感器/外設傳輸到內存,以及反向傳輸,而主處理器保持休眠狀態(tài)。此外,傳感器中樞可以對數據執(zhí)行簡單操作,因此主處理器只需要在要求復雜數據操作時喚醒。


這種方法的一個很好的例子,是集成在Dialog半導體公司的DA1469x藍牙低功耗SoC解決方案中的傳感器節(jié)點控制器(SNC)硬件模塊[10]。SNC是一種微型硬件狀態(tài)機,能運行由有限的指令集組成的微碼(μcode),有助于開發(fā)人員操控通信控制器(即SPI、I2C等)、傳感器和外設。它可以通過使用其最小指令集自動運行,無需喚醒系統(tǒng)的其余部分。這允許它執(zhí)行眾多操作 - 例如:輪詢傳感器狀態(tài)位、比較寄存器與內存地址內容(值)、將數據從通信接口傳輸到系統(tǒng)RAM以及比較分支 - 同時消耗最低電流。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


圖2. 具有傳感器節(jié)點控制器外設的應用處理器架構


SNC的主要特性如下(圖3)


·傳感器節(jié)點指令集(SeNIS),包含10條微碼生成指令,適用于:


輕松創(chuàng)建指向內存緩沖區(qū)的指針


輪詢串行接口狀態(tài)位


比較閾值


·系統(tǒng)RAM用于微碼存儲和數據


·DMA功能,用于將數據直接從通信接口傳輸到系統(tǒng)RAM


·直接訪問所有外設和寄存器


·通過PMU在中斷觸發(fā)和域上電(例如定時器、GPIO)后立即執(zhí)行


·SNC到主處理器通知,以及反向通知


SNC與所有通信接口(SPI、I2C和UART)位于相同的電源域,SNC還可以控制其他電源域。它執(zhí)行駐留在系統(tǒng)RAM中的微碼,其中SNC具有直接內存連接;以系統(tǒng)時鐘速度運行;并且可以生成中斷以通知PMU所有操作都已完成,從而可以關閉整個系統(tǒng)的電源。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


圖3. 傳感器節(jié)點控制器框圖


使用此類專用硬件執(zhí)行傳感器和外設數據操作的架構的主要優(yōu)點是:


·主CPU睡眠時間更長,從而可以節(jié)省功耗


·節(jié)省MIPS,因為CPU不必訪問慢速外設或執(zhí)行簡單的數據操作


不過它有一些缺點。SNC編程模型的非常簡單的指令集僅允許基本操作。另外,編程SNC需要使用匯編語言。最后,由于SNC是一個非常簡單的模塊,調試會變得復雜。


節(jié)省功耗和MIPS


我們已經進行了一系列測量,證明了使用SNC可以實現的功耗和MIPS節(jié)省。這些測量是在Dialog的基于ARM Cortex-M33的DA1469x SoC上進行的,并比較了只使用主CPU和在SNC支持下執(zhí)行的相同任務。 第一組測量集中在訪問通常用于傳感器讀數的慢速外設(如I2C和SPI)時節(jié)省的功耗/MIPS。第二組測量著眼于使用DA1469x中包含的藍牙低功耗(BLE)通信模塊的實際應用案例。


表1描述了傳輸小型SPI或I2C數據事務(如寫/讀16/128字節(jié))時的能耗。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


表1:傳輸小型數據事務時的能耗(數字為1.8 V,8-bit傳輸)


與CPU(CM33)相比,SNC執(zhí)行事務所需的時間要短很多,如表2所示。由于CPU可能需要執(zhí)行忙等待,因此節(jié)省了時間相當于節(jié)省了MIPS。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


表2:SNC寫/讀8 bit數據所需的時間以及CPU相應所需的時間


對現實生活中的使用案例,我們比較了每隔1500毫秒(表3)和500毫秒(表4)進行廣播時所消耗的功率,同時使用SPI每100毫秒讀取加速計傳感器一次。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


表3:每1500毫秒進行廣播時的能耗,使用SPI每100毫秒進行一次傳感器讀取


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


表4:每500毫秒進行廣播時的能耗,使用SPI每100毫秒進行一次傳感器讀取


在復雜的應用中,如果需要訪問多個傳感器,考慮到緩存未命中和任務切換等問題,對MCU的占用會更大。


降低編程復雜度


上面提到過,使用集成的傳感器節(jié)點控制器時面臨的最大挑戰(zhàn)之一,是確保基礎系統(tǒng)功能的編程、調試和充分利用與采用通用MCU的方案一樣簡單。挑戰(zhàn)的主要方面有:


·提供對開發(fā)人員友好的抽象編程,以有效控制驅動與連接的傳感器/外設的通信接口,以及與主CPU通信相對應的基本功能。


·利用10指令匯編式編程,并提供更高級別的編程結構,以簡化和加速軟件開發(fā)。


·支持完整的系統(tǒng)整體調試 - 而不是單獨調試每個CPU內核,因為可能無法檢測到當內核并行運行時的系統(tǒng)行為錯誤。


為了解決這些挑戰(zhàn),我們需要一個完整、易于使用的編程框架。它必須包括抽象和程序,將并發(fā)操作系統(tǒng)任務的范例擴展到在SNC上執(zhí)行的相應(并行)處理。我們已經為Dialog DA1469x解決方案開發(fā)了這樣的編程框架(圖4)。它具有以下特點:


·簡化的SNC微碼開發(fā)


通過定義基于SeNIS的類C編程語言,可以同時支持匯編和類C編程。


·用于編程的“混合”編碼模型


在相同的源和頭文件中同時包含針對SNC和主處理器情境(context)的代碼開發(fā) - 使用了一個C預處理器來定義基于SeNIS的語言結構,方便開發(fā)人員。


·與驅動主處理器通信接口、交換SNC通知、和操作系統(tǒng)資源相關的基礎機制和功能的抽象,作為一組完整且易于使用的API程序/類C函數。


·可觀察性和高級調試機制同時應用于SNC和主處理器執(zhí)行情境。


傳感器越來越多,如何提升傳感器的功能要求?


圖4. SNC編程框架


SNC編程模型的特征可歸納如下:


·DA1469x應用包括由OS任務和SNC 微碼并行執(zhí)行的進程。


·SNC適配器向DA1469x系統(tǒng)注冊或注銷SNC微碼,從而創(chuàng)建一列SNC微碼,每個微碼由特定PMU事件觸發(fā)。


·SNC適配器采用特殊的SNC微碼,根據相應的微碼列表實現注冊的SNC微碼執(zhí)行的調度,并通過其低級驅動器控制SNC硬件模塊。


·定義了一組基于SeNIS的結構預處理器宏,從而生成一組匯編和類C語言結構用于SNC微碼開發(fā)。


·提供一組低級驅動器SNC微碼,可用于驅動SPI、I2C等通信外設。


·為操作系統(tǒng)任務和SNC微碼提供了一種機制,進行交換:


通知


數據(即:SNC 隊列)


除了上述實現輕松編程SNC函數的結構之外,還提供以下內容以支持調試:


·使用SNC斷點和逐步調試區(qū)域來調試SNC微碼的機制。


·SNC仿真器,而不是SNC硬件模塊,用于改進和簡化SNC微碼調試過程。


總結


本文介紹了一種新的架構,可最大限度地降低集成了多個傳感器和外設的便攜式系統(tǒng)的功耗。該架構使用復雜的硬件狀態(tài)機來卸載主處理器上的一些重復性任務,例如傳感器/外設輪詢和讀取。與其他架構相比,這種新架構在功耗和MIPS優(yōu)化方面具有很大的優(yōu)勢,不過會使編程模型變的更復雜。因此,我們還介紹了一種對開發(fā)人員友好的編程框架來克服該問題。



    你覺得這篇文章怎么樣?

    00
    關注微信公眾號
    咨詢熱線

    0311-68002401