Praktické možnosti technologie picoPower od společnosti Atmel si v dalším textu postupně představíme hned v šesti bodech. Zaměříme se na různé takty, DMA kontrolér spolu s chytře rozhodujícími perifériemi, samotnou podstatu obvodů AVR, kouzelnou hranici 1,62 V, možnosti tzv. SleepWalkingu a stranou pozornosti nezůstane ani otázka rychlého probouzení. Zdánlivě vybité baterie ještě nevyhazujte, budou se nám hodit.

 

 

 

Skutečnost, že mikrokontroléry mohou běžet na různých rychlostech, netřeba zvlášť zdůrazňovat. Stejně tak dobře víme, že s klesající frekvencí spotřebujeme též menší množství energie. Budeme – li tedy navrhovat produkt s přihlédnutím k jeho nejnižšímu možnému odběru, nebude dávat taktování každé části použitého mikrokontroléru na stejné frekvenci příliš smysl.

 

Mikrokontroléry AVR od společnosti Atmel proto používají více oblastí (domén) a umožňují tak různým částem mikrokontroléru – jádru, interním sběrnicím nebo jednotlivým perifériím – samostatné taktování s cílem zmenšit celkovou spotřebu systému. Nebude – li si aplikace žádat maximální propustnost periférií, může dojít ke snížení rychlosti taktování, různé periférie budou pracovat též s různými hodinami a dochází tak k jejich plné optimalizaci. Požadavky na dosahovaný výkon, resp. vlastnosti zapojení, přitom zůstávají nedotčeny.

 

To, že dokážeme individuálně odstupňovat hodiny, je jedna věc, nicméně díky architektuře AVR lze jednotlivé nevyužívané periférie kompletně též odstavit, opětovně je zase povolit a dále tak napomáhat snižování velikosti proudového odběru. Na základě různých domén bude možné ve stejném čase optimalizovat jak výkon tak též spotřebu systému, přesně jak to od mikrokontrolérů AVR očekáváme.

 

 

 

Přesun dat do nebo také z periférií či paměti býval tradičním úkolem pro CPU. Čím více dat bylo nutné přimístit mezi místy A a B, tím více cyklů CPU jsme k tomu též potřebovali. Existují však i jiné možnosti. Díky technologii AVR picoPower se tohoto úkolu může zhostit DMA kontrolér (Direct Memory Access), který tak z hlediska energetické náročnosti učiní mnohem efektivněji, zatímco umožňuje CPU setrvat ve spánkovém režimu.

 

S DMA kontrolérem budou data v rámci AVR MCU od Atmelu přesouvána bez účasti CPU. Jednotku pak bude možné ponechat během přesunu v režimu spánku, příp. ji využít k jiným účelům, např. nezbytným výpočtům. Ve výsledku tak dostáváme větší výkonnost celého systému, navíc s možností nechat mikrokontrolér „odpočívat“ mnohem častěji a ovlivňovat tak jeho spotřebu.

 

Tzv. event system mikrokontrolérů AVR zase perifériím umožňuje činit inteligentní rozhodnutí a pustit data přímo do dalších periférií. K přenosu dat zde bude sloužit speciální směrovací síť, naprosto nezávislá na CPU. S takovou sítí, kterou navíc využijeme i ve spánkových režimech, pak bude možné odlehčit CPU, zvednout výkonnost celého systému a opět snížit jeho spotřebu. Zmíněný přístup je 100 % deterministický a také se skvěle hodí pro aplikace pracující v reálném čase.

 

 

S DMA kontrolérem a event systemem strávíme méně času přesouváním dat, takže dostáváme více prostoru pro spánkové režimy. Nízkopříkonové vlastnosti mikrokontrolérů AVR tak bude možné využívat ještě častěji.

 

 

 

Pravou podstatu obvodů AVR s technologií picoPower musíme hledat mnohem dál než jen v nejrůznějších vlastnostech obsažených v této řadě. Metodika návrhu, geometrie procesu a dokonce též typy použitých tranzistorů – to vše vytváří výchozí podmínky pro návazné úspory energie. Všechny součástky AVR picoPower byly pro nízkou vlastní spotřebu navrhovány již od základu, kdy využívají chráněné procesy s nízkými parazitními proudy a také odpovídající knihovny se kterými dosahují ve všech spánkových módech nejmenšího možného odběru.

 

 

 

Jednoduchým způsobem jak snížit výkonovou spotřebu kteréhokoli návrhu je zmenšení jeho pracovního napětí. Pokud však díky tomu utrpí analogová část spolu se svými parametry, může být takové řešení docela na nic. Technologie AVR picoPower se proto bude celá odvíjet od pečlivého návrhu analogových struktur, které budou bez potíží pracovat a to i v případě snížení napájení až na 1,62 V.

 

Na různých napěťových hladinách se různé funkce mikrokontroléru běžně stávají nestabilními nebo dokonce též nepoužitelnými. Běhu aplikace na nižších napětích brání nepřesnosti analogových periférií, omezená činnost nebo neschopnost zápisu do non – volatilní paměti. To pak ve výsledku vede k menší výdrži bateriového zdroje, větším a také dražším článkům a celkově vzato též obrovským časovým ztrátám při hledání řešení něčeho, co by mohl klidně zvládnout samotný mikrokontrolér.

 

Mikrokontroléry AVR od Atmelu nabídnou poctivou činnost ještě na 1,62 V a to včetně všech svých analogových modulů, oscilátorů, Flash, EEPROM a jejich programování. Co to znamená v praxi? Nic jiného, než že s klesající velikostí napájecího napětí nebudou selhávat jednotlivé funkce mikrokontroléru, jedna za druhou. Bez jakýchkoli kompromisů tak budeme schopni provozovat stejnou aplikaci na různých napájecích napětích a bez ohledu na napájení máme rovněž dostupné veškeré periférie. A/D převodník tak například bude možné použít k měření napájecího napětí které se přiblížilo své limitní velikosti. Po jeho detekci aplikace uloží podstatné informace a zajistí bezpečné vypnutí (shutdown) a tudíž i bezproblémový restart hned po výměně baterií.

 

Spotřeba je úměrná napájecímu napětí, takže provozem na tak nízké hladině, jak jen to okolnosti umožňují, rozhodně ušetříme. V případě bateriově napájených zařízení s mikrokontroléry AVR zároveň zužitkujeme i to málo, co po vybití ještě zbývá.

 

 

 

Ve spojitosti se svou technologií AVR picoPower přidává Atmel svým perifériím též určitou míru inteligence, umožňující rozhodnout, zda příchozí data vyžadují účast CPU či nikoli. Pro funkci se vžilo chráněné označení SleepWalking™, protože umožňuje CPU „pokojně odpočívat“ a to až do výskytu důležité události, eliminujíce přitom milióny falešných probuzení.

 

V běžných případech tohoto typu interní timer periodicky probouzí mikrokontrolér ke kontrole, zda již nastaly určité podmínky vyžadující jeho pozornost či nikoli. V aktivním režimu většinu energie tradičně spotřebují CPU společně s RAM, takže opakované probouzení CPU k prověření podmínek z dlouhodobého hlediska spotřebuje nemálo energie. V některých případech, zejména bude – li reakční doba příliš krátká, může být pro CPU návrat zpátky do spánkového módu nemožný vůbec.

 

Mikrokontroléry AVR tento problém řeší již na úrovni periférií. Zmiňovaný SleepWalking zde umožňuje MCU setrvání ve stavu hlubokého spánku s probuzením pouze na základě předem podmíněné události. CPU tak již nebude muset kontrolovat výskyt specifické podmínky, např. shodu adres v případě rozhraní TWI (I2C) či senzory připojené k A/D převodníku, jejichž předem stanovená prahová úroveň byla překročena. Díky této funkci se o vše „postarají“ samotné periférie a CPU společně s RAM budou aktivovány teprve v případě platné podmínky. SleepWalking je ale i tak pouze jednou z celé řady inovativních technologií všech mikrokontrolérů AVR pro snížení celkové spotřeby systému.

 

 

 

Vstup do režimu spánku odstavuje určité části mikrokontroléru s cílem snížit velikost proudového odběru. Oscilátory a obvody hodin mohou při probouzení a následně během své činnosti spotřebovávat významné množství energie. Před použitím musí být takt navíc i stabilní. Dlouhodobé vyčkávání na dostupnost taktu a rovněž jeho stabilitu pak znamená zbytečné ztráty.

 

 

AVR mikrokontroléry od Atmelu se mohou probudit z režimu spánku za osm hodinových cyklů, poběží – li přitom z interního RC oscilátoru. Tradiční smyčky PLL (Phase Locked Loop) kromě toho bývají nahrazovány tzv. DFLL (Digital Frequency Locked Loop), které tak poskytují mnohem rychlejší a také přesnější programovatelný interní oscilátor. Rovněž vylučují potřebu vnějších součástek a snižují tak celkovou spotřebu systému ještě více.

 

Uvážíme – li režim spánku s vypnutými synchronními hodinami, dokážeme mikrokontrolér stále probudit na základě asynchronní události, např. změny na pinu, přijatých dat nebo dokonce shody adresy na sběrnici I2C. I v těch nejhlubších módech spánku tak bude možné pracovat s řadou zdrojů probuzení. Mikrokontroléry AVR tráví probouzením méně času a celková spotřeba se tak dostává na tu nejlepší možnou úroveň.

 

 

Početnou skupinu obvodů, u kterých se s právě popsanými možnostmi technologie picoPower setkáváme, tvoří snadno použitelné mikrokontroléry AVR, které tak díky nízké vlastní spotřebě a vysoké úrovni integrace vhodně doplňují mikrokontroléry a mikroprocesory s jádrem ARM od stejného výrobce (na HW serveru jste mohli číst Ze souboje MCU versus MPU vychází vítězně Atmel. Nabídne obojí). Přední vývojové nástroje společně s podporou samotného návrhu pak umožňují ještě rychlejší uvedení výrobků na trh. A když jsme už u toho, díky své početnosti mohou obvody rodiny AVR vhodně podpořit opakované využití Vašich znalostí a také dovedností při modernizaci vyvíjených produktů a jejich rozšiřování na nové trhy. Jednoduše a s minimálními náklady.

 

Své čestné místo zde bude mít rodina obvodů AVR XMEGA (16-384 KB Flash, 32-100 pinů, až 32 MHz a 1,0 MIPS/MHz) společně s mikrokontroléry megaAVR (4-256 KB Flash, 28-100 vývodů, až 20 MHz a 1,0 MIPS/MHz).

 

 

Skutečně širokou nabídku integrovaných obvodů od Atmelu pro náš trh zajišťuje distributor, společnost Codico GmbH (www.codico.com, e-mail: Petr.Rocek@codico.com). Zde také můžete směřovat veškeré své dotazy a to včetně požadavků na vzorky, vývojové kity, nabídky či konzultaci (ne)typických řešení.

 

Firmy Codico a Atmel si Vás zároveň dovolují pozvat na Workshop seminář zaměřený na ARM mikrokontroléry od Atmelu. Mikrokontroléry ARM Cortex M4/M3/M0+ mají velmi široké možnosti použití v nejrůznějších aplikacích, což ostatně potvrzuje i velký počet spokojených zákazníků. Na semináři s teoretickou částí a praktickými ukázkami se seznámíte s ARM mikrokontroléry a dozvíte se více o nových, mnohdy revolučních technologiích společnosti Atmel. To vše v Praze, ve středu 11. června 2014 od 9:00 do 16:00. Místo konání bude ještě upřesněno.

 

Detailní technická prezentace odborníků pořádajících firem na téma mikrokontrolérů ARM Cortex M4/M3/M0+ nabídne tento, zatím předběžný program:

 

09:00 – 10:30 ATMEL CortexM product families and technical features

10:30 – 11:00 Break & Demo Table

11:00 – 12:00 ATMEL MPU based product family and technical features

12:00 – 13:00 Lunch

13:00 – 13:30 ATMEL Security products

13:30 – 14:00 ATMEL Studio and Peripheral Touch Controller introduction

14:00 – 15:30 Getting started with SAMD MCUs and ATMEL Studio (Touch Solutions)

 

Poslední část programu bude tvořit praktický seminář, kde si každý z účastníků zprovozní kit s mikrokontrolérem SAMD a nainstaluje potřebný SW. Organizátoři proto vyzývají k přinesení vlastního notebooku. Registrovat se můžete on-line nebo prostřednictvím e-mailu (Petr Rocek). Za účast na semináři se neplatí, ale počet účastníků je omezen. Pro všechny, kdo se zúčastní poslední části programu – praktického semináře, je připraven vývojový kit s mikrokontrolérem SAMD, který si následně můžete odnést domů. Prezentace i diskuze budou vedeny v angličtině.

 

 

Zdroj: Atmel (www.atmel.com)