在Wonder Geckos套件中使用能量分析器分析MCU的功能

手机给工程师带来了麻烦。消费者已经开始期待高速，高分辨率，功能齐全的设备，这些设备可以整天使用微型电池。这是一种不合理的期望，但它现在已经在消费者，工业和医疗行业中共享。超出预期，现在是设计要求。

实现这一目标的答案始于架构层面，为此目前，越来越多的嵌入式设备基于ARM®Cortex™-M系列处理器内核。低功耗MCU供应商Energy Micro现已成为Silicon Labs的一部分，其整个32位MCU产品线基于Cortex-M系列架构，包括基于Cortex-M0的Zero和Tiny Geckos;基于Cortex-M3的Gecko，Leopard和Giant Geckos;到基于Cortex-M4的Wonder Gecko。这些都是装备精良的小壁虎。

Energy Micro的EFM32WG-STK3800 Wonder Gecko入门套件采用带有FPU和DSP扩展的48 MHz ARM Cortex-M4内核，并带有大量传感器和其他外设（图1）。在本文中，我们将安装套件和所有软件工具，然后使用能量分析器来探索EFM32™WG系列MCU的功能。

图1：EFM32 Wonder Gecko架构（由Silicon Labs提供）。

ARMs竞赛

由于许多供应商在ARM架构上实现标准化，产品差异化的空间似乎有限，但绝对不是这样。对于初学者，Energy Micro的EFM32 Wonder Geckos增加了所有Cortex-M4选项：单精度浮点单元（FPU）; DSP扩展;和八区域存储器保护单元（MPU）。此外，入门工具包中包含的EFM32WG990F256配备256 KB闪存，32 KB RAM，集成LCD控制器，12位ADC，12位DAC，硬件AES加密，12通道DMA控制器，以及名单还在继续。基本上，Wonder Gecko是一款功能齐全的高端Cortex-M4。

一个关键的差异化因素是Energy Micro对低功耗的详细关注，这通常是Cortex-M4设计中速度和功能的后退。 Wonder Geckos有五种工作模式（图2）：

运行模式（EM0）：电流消耗为160μA/MHz。

睡眠模式（EM1）：电流消耗为45μA/MHz。

深度睡眠模式（EM2）：电流消耗为900 nA，到EM0的唤醒时间为2μs。

停止模式（EM3）：电流消耗为600 nA唤醒EM0的时间为2μs。

关断模式（EM4）：电流消耗为20 nA，EM0的唤醒时间为160μs。

图2：EFM32能量模式（由Silicon Labs提供）。

考虑到低功耗传感器应用，Wonder Geckos包含一个低能量传感器接口（LESENSE），提供可配置和节能的控制方式最多16个外部模拟传感器，不涉及CPU。这种通用的低能量传感器接口工作在900 nA深度睡眠模式，可以自动监控几乎任何类型的模拟传感器控制方案，包括电容式，电感式和电阻式传感器。 LESENSE可以设置为监视传感器值并通过外围反射系统（PRS）执行操作，以便将此信息传递到其他外围设备或仅在超出可编程阈值时唤醒CPU，从而避免重复出现，浪费能源的CPU唤醒-ups（图3）。

图3：EFM32低能量传感器接口（LESENSE）（由Silicon Labs提供）。

EFM32 MCU中的外围反射系统使其成为可能可以直接将一个外设连接到另一个外设而不涉及CPU。使用PRS，外设可以产生其他外设可以消耗的信号，在CPU休眠时立即对事件作出反应。例如，ADC可以定期唤醒，从传感器采样输入，检测它是否在某些参数范围内，并且只在需要进一步处理时才唤醒CPU。 PRS最大限度地减少了CPU在活动模式下所花费的时间，这可以大大降低应用程序的整体能量状况。

检查入门工具包

EFM32 Wonder Gecko入门套件提供了一个方便的平台，可使用板载指示灯，L/C和触摸传感器评估EFM32WG MCU在各种应用中的功能。 LESENSE演示特别有趣，因为它利用了先进的能源监控系统和Simplicity Studio出色的能量感知分析软件。

高级能量监控器（AEM）使用两个电流检测放大器来测量电压降电源线中的一个小串联电阻;然后将其转换为能量感知分析器显示的当前评级。每个放大器都针对特定范围内的电流测量进行调整;它们共同能够测量0.1μA至250 mA的电流，动态范围为114 dB。每次启动套件时，AEM都会自动校准，以补偿读出放大器中的失调误差。

该套件包括电路板; IAR Systems Embedded Workbench for Energy Micro;用于ARM的Atollic®TrueSTUDIO™，用于ARM MCU的C/C ++编译器和调试器开发套件的30天评估版本;和通常的USB电缆。

电路板没有涉及设置，但下载和设置所有软件可能需要一段时间。首先，您需要从公司网站下载Energy Micro的Simplicity Studio。 Simplicity Studio包含众多工具，包括energyAware Battery，energyAware Commander，energyAware Designer和energyAware Profile，这最后一项本身值得入场。还包括参考手册，数据表，API文档，应用说明，套件文档和许多其他资源。 Simplicity Studio还包含所有Energy Micro套件的示例代码，但它依赖于第三方编译器和链接器生成目标代码，energyAware分析器依次分析并以图形方式显示。接下来我从CD-ROM安装了IAR嵌入式工作台随附套件。执行此操作时，您可以选择代码限制（32K）版本或限时（30天）完整版本。我选择后者可以利用256 KB的板载RAM。

运行各种演示程序并不容易。启动Simplicity Studio，单击Demo图标，您可以选择30个演示程序。双击其中任何一个将二进制映像下载到MCU并开始运行程序。 energyAware Profiler会自动启动，为您提供电流消耗的实时图形指示，以及每个代码模块对电源配置文件的贡献。

使用代码需要花费更多精力。单击Simplicity Studio中的示例，选择工具包，然后选择要检查的程序。单击Source和Simplicity将此信息传递给Embedded Workbench，后者在其源浏览器中显示项目文件。或者，您可以跳过Simplicity Studio并启动Embedded Workbench，从Information Center屏幕上的Example Projects按钮中选择适当的项目。进入Embedded Workbench后，创建项目，单击Download/Debug按钮，然后按Go运行程序。

虽然您可以在Embedded Workbench中调试程序，但您需要单独运行Simplicity Studio以监视其操作。首先在Embedded Workshop中构建了触摸屏程序，然后我从Simplicity Studio打开了energyAware Profiler，选择了Wonder Gecko，选择了Ffile/Load Object File，然后点击了Run图标。当我用手指触摸触摸屏界面时，我可以看到电流消耗从深度睡眠模式（规格= 900 nA）的大约1μA变为激活模式（160μA/MHz x 48 MHz）的大约7 mA。检查能量曲线，LCD_SyncBusyDelay消耗了87％的能量，而CAPLESENSE_getSliderPosition只消耗了5％（图4和附图）。由于一个代码模块消耗了90％的能量，这是我第一次看到如何使代码更高效。

图4：EnergyAware Profiler跟踪触摸屏程序。