EFM32

EFM32 MCU Gecko - это семейство энергосберегающих 32-битных микроконтроллеров со смешанными сигналами интегральные схемы от Energy Micro (теперь Silicon Labs ) на базе процессоров ARM Cortex-M, включая Cortex-M0 +, ​​Cortex-M3 и Cortex-M4.

• 1 Обзор
• 2 Ключевые свойства
  • 2.1 Характеристики
  • 2.2 Ресурсы для проектирования и разработки
  • 2.3 Начало работы
• 3 Энергетические режимы
  • 3.1 Основная технология
  • 3.2 Примеры применения низкоэнергетической технологии Gecko
• 4 История
• 5 Инструменты разработки
• 6 См. Также
• 7 Ссылки
• 8 Внешние ссылки

Микроконтроллеры EFM32 имеют большую часть своей функциональности, доступной вплоть до их режимов глубокого сна при потреблении тока субмикроампер, что обеспечивает энергоэффективное автономное поведение во время спящего ЦП. EFM32 сочетает в себе это с быстрым пробуждением и эффективной обработкой, чтобы уменьшить влияние ЦП, когда код должен быть выполнен.

Хорошим примером периферийного устройства в режиме глубокого сна на EFM32 является интерфейс датчика с низким энергопотреблением (LESENSE), который может включать индуктивные, емкостные и резистивные датчики в рабочем цикле, автономно работая в режиме глубокого сна. Другим важным аспектом микроконтроллеров Gecko является то, что периферийные устройства имеют прямое соединение между собой, что позволяет им обмениваться данными без пробуждения ЦП и вмешательства. Это межсоединение известно как Периферийная рефлекторная система (PRS).

Значительные функциональные возможности доступны в нижних энергетических режимах останова и отключения. Режим остановки включает аналоговые компараторы, сторожевые таймеры, счетчики импульсов, связи IC и внешние прерывания. В режиме отключения при потреблении тока 20–100 нА, в зависимости от продукта, приложения имеют доступ к GPIO, сбросу, счетчику реального времени (RTC) и сохраняемой памяти.

Семейство EFM32 состоит из ряда подсемейств, начиная от EFM32 Zero Gecko, основанного на ARM Cortex-M0 +, и заканчивая более производительными EFM32 Giant Gecko и Wonder Gecko, основанными на Cortex-M3 и Cortex-M4 соответственно. Технология EFM32 также является основой для EFR32 Wireless Geckos, портфеля беспроводных систем на чипе (SoC) в диапазонах частот ниже и 2,4 ГГц.

Семейства продуктов:

Важным преимуществом линейки микроконтроллеров EFM32 является энергоэффективность. Энергоэффективность достигается за счет автономной работы в режимах глубокого сна, низкого активного и спящего тока и короткого времени пробуждения. Вместе эти характеристики снижают суммарную энергию (мощность с течением времени) в течение срока службы приложения. Устройства EFM32 также предназначены для сокращения циклов разработки для различных продуктов, от интеллектуальных измерений до промышленных приложений и т. Д. Они совместимы по выводам / программному обеспечению, масштабируются в соответствии с широкими требованиями приложений и совместимы с несколькими платформами разработки. Кроме того, поскольку архитектура MCU является общей фундаментальной частью портфеля беспроводных устройств Gecko (EFR32) с программной и аппаратной совместимостью (вывод / корпус), продукты EFM32 предлагают упрощенный путь к беспроводным приложениям.

Функции

Семейство микроконтроллеров EFM32 имеет некоторые важные функции, полезные для приложений IoT. Основными архитектурными особенностями являются конструкция режимов с низким энергопотреблением и система Peripheral Reflex System (PRS), которая дает разработчикам систему периферийных соединений с восемью триггерами для обработки выполнения задач без вмешательства процессора. На низком уровне MCU можно разбить на восемь категорий: ядро ​​и память, управление часами, управление энергопотреблением, последовательные интерфейсы, порты ввода-вывода, таймеры и триггеры, аналоговые интерфейсы и модули безопасности.

Что касается основного процессора, микроконтроллеры EFM32 объединяют технологию серии ARM Cortex-M, от Cortex-M0 + до Cortex-M4.

Для обеспечения работы микроконтроллера Gecko и использования преимуществ архитектуры сверхнизкого энергопотребления приложения могут работать с тактовой частотой основного входа от 4 МГц до 48 МГц. Чтобы уменьшить потребность во внешних электронных компонентах, EFM32 также объединяет низкочастотные и сверхнизкочастотные генераторы. В микроконтроллеры также встроены внутренние регуляторы напряжения для упрощения и создания более компактных систем.

В дополнение к гибкости ЦП и тактовой частоты для конкретных приложений, портфель EFM32 предлагает широкий спектр вариантов ресурсов памяти для хранения приложений (Flash), выполнения приложений (RAM) и других потребностей, таких как реализация RTOS. Устройства включают внутреннюю флэш-память размером от 4 до 1024 кБ и оперативную память от 2 до 128 кБ.

Чтобы приложения могли определять, контролировать и взаимодействовать с одним микроконтроллером с низким энергопотреблением, микроконтроллеры EFM32 содержат полные аналоговые и цифровые интерфейсы. Последовательные цифровые интерфейсы включают USART, низкоэнергетический UART, I2C и USB. Блок таймера и триггеров MCU включает в себя криотаймер, счетчик импульсов с низким энергопотреблением (PCNT) и резервный счетчик реального времени (RTC). Аналоговые модули включают АЦП, ЦАП, операционные усилители и аналоговые компараторы. Для приложений, требующих повышенной защиты, микроконтроллеры EFM32 предлагают различные аппаратные механизмы шифрования и циклическую проверку избыточности (CRC). Для общего ввода-вывода микроконтроллеры имеют до 93 контактов GPIO, а несколько вариантов оснащены ЖК-контроллерами.

Ресурсы для проектирования и разработки

Для быстрого проектирования, разработки, создания и тестирования приложений EFM32 разработчики имеют в своем распоряжении различные ресурсы: бесплатную интегрированную среду разработки (IDE), инструменты анализа производительности, инструменты и утилиты конфигурации, гибкие компиляторы и платформы разработки, стеки программного обеспечения, справочный код и примеры дизайна, примечания к приложениям, обучающие видео, технические документы и многое другое.

Silicon Labs Simplicity Studio - бесплатная платформа разработки на основе Eclipse с графическими инструментами настройки, инструментами профилирования энергии, инструментами анализа беспроводной сети, демонстрациями, примерами программного обеспечения, документацией, технической поддержкой и форумы сообщества. Он также включает гибкие параметры инструмента компиляции, включая GCC для ARM, Keil, IAR Embedded Workbench и другие сторонние инструменты.

Двумя наиболее популярными инструментами разработки в Simplicity Studio IDE являются Advanced Energy Monitor (AEM) и сетевой отладчик под названием «Packet Trace». Advanced Energy Monitor - это инструмент EFM32, который позволяет разработчикам выполнять профилирование энергии во время работы своего приложения. Это также позволяет проводить прямую корреляцию кода для оптимизации не только конструкции оборудования, но и программного обеспечения. Сетевой отладчик - это инструмент, который позволяет разработчикам, использующим беспроводные микроконтроллеры Gecko, отслеживать сетевой трафик и пакеты во всех узлах сети.

EFM32 поддерживается несколькими сторонними операционной системой реального времени (RTOS) и программными библиотеками, драйверами и стеками. Некоторые решения RTOS, поддерживаемые EFM32: Операционные системы микроконтроллеров (uC / OS) (Micrium), FreeRTOS, GNU Chopstx, embOS (Segger) и mbed OS (ARM). В октябре 2016 года компания Silicon Labs приобрела Micrium. В дополнение к критически важным для Интернета вещей стекам промежуточного программного обеспечения, таким как TCP / IP, Micrium предоставляет сертифицированную ОСРВ коммерческого уровня, которая позволяет встроенным конструкциям Интернета вещей управлять задачами в реальном времени, что может быть важно для некоторых приложений MCU и даже более важно для беспроводных приложений.. Некоторые примеры проектов можно найти на сайте Micrium.

Начало работы

Стартовые комплекты EFM32 доступны для ознакомительных целей и ознакомления с портфолио. Каждый стартовый комплект содержит датчики и периферийные устройства, которые помогают проиллюстрировать возможности устройства, а также служат отправной точкой для разработки приложений. Использование программного обеспечения Simplicity Studio также предоставляет доступ к информации о комплекте и возможность программировать стартовый комплект с демонстрациями и примерами кода. Большинство стартовых комплектов содержат EEPROM с идентификаторами платы, чтобы обеспечить автоматическую настройку, когда комплект подключен к Simplicity Studio IDE.

Некоторые комплекты EFM32 поддерживают mbed ARM. Эти комплекты поддерживают ARM mbed прямо из коробки и поддерживаются в инструментах разработки Simplicity Studio и на форумах сообщества.

Показанный ниже стартовый комплект EFM32 Giant Gecko, включающий MCU Giant Gecko с 1024 КБ флэш-памяти и 93 GPIO, является одним из последних начальных наборов в семействе EFM32.

Другие стартовые комплекты EFM32 включают :

EFM32 разработан для достижения высокой степени автономности в режимах с низким энергопотреблением. Доступны несколько режимов сверхнизкого энергопотребления для уменьшения энергопотребления и значительного снижения энергопотребления:

• Энергетический режим 0 - Активный / рабочий режим: ЦП ARM Cortex-M извлекает и выполняет инструкции из флэш-памяти или ОЗУ, и все периферийные устройства с низким энергопотреблением могут быть включенным. EFM32 может быстро войти в один из режимов с низким энергопотреблением из EM0, эффективно останавливая ЦП и флэш-память. После пробуждения все режимы с низким энергопотреблением возвращаются к EM0 в течение 2 мкс, что позволяет легко перейти в режим низкого энергопотребления и вернуться к 32-битной производительности при необходимости. | Энергопотребление в EM0: 114 мкА / МГц
• Режим энергопотребления 1 - Спящий режим: тактовая частота ЦП отключена, что эффективно снижает потребление энергии, необходимое для работы, при этом все периферийные устройства с низким энергопотреблением (включая флэш-память и ОЗУ) функциональность. Используя периферийную рефлекторную систему (PRS) и DMA, система может собирать и выводить периферийные данные без вмешательства центрального процессора. Такое автономное поведение позволяет системе оставаться в EM1 в течение длительных периодов времени, тем самым увеличивая срок службы батареи. Кроме того, оперативная память с низким уровнем утечки обеспечивает полное сохранение данных. | Энергопотребление в EM1: 48 мкА / МГц
• Энергетический режим 2 - Режим глубокого сна: микроконтроллеры EFM32 обеспечивают высокую степень автономности при сохранении низкого энергопотребления. Генератор высоких частот выключен в EM2; однако для периферийных устройств с низким энергопотреблением доступны генератор 32 кГц и часы реального времени. Поскольку процессор ARM Cortex-M не работает в EM2, MCU выполняет расширенные операции в спящем режиме. Периферийные устройства работают автономно благодаря интеллектуальному соединению модулей и памяти, время пробуждения до EM0 составляет всего 2 мкс, а ОЗУ с малой утечкой обеспечивает полное сохранение данных в EM2. | Энергопотребление в EM2: 0,9 мкА
• Energy Sleep Mode 3 - Stop Mode: Energy Mode 3 (EM3) регулирует энергопотребление EFM32 для поддержания очень короткого времени пробуждения и реакции на внешние прерывания. В EM3 низкочастотный генератор отключен, но ОЗУ с малой утечкой обеспечивает полное сохранение данных, а маломощный аналоговый компаратор или асинхронные внешние прерывания могут разбудить устройство. | Энергопотребление в EM3: 0,5 мкА
• Энергетический спящий режим 4 - Режим отключения: В этом режиме максимальной мощности микроконтроллер EFM32 полностью выключен, и единственный способ пробудиться - это сбросить настройки. Этот режим энергопотребления обеспечивает дополнительную экономию энергии для приложений, которые не требуют сохранения RTC или RAM. Energy Mode 4 доступен для некоторых периферийных устройств с низким энергопотреблением, включая сброс по включению питания и внешние прерывания | Потребляемая мощность в EM4: 20 нА

Базовая технология

Для достижения характеристик мощности и энергоэффективности в продуктах EFM32 используется сверхнизкая активная мощность и мощность в режиме ожидания, быстрое время пробуждения и обработки и, что наиболее важно, возможность интеллектуально взаимодействовать с периферийными устройствами и датчиками в автономном режиме, не выводя из спящего режима ЦП и не потребляя больше энергии.

В активном рабочем режиме EFM32 потребляет только 114 мкА / МГц при выполнении реального кода на 32 МГц и напряжении питания 3 В. Это также режим, в котором время процесса имеет значение, что является одним из основных преимуществ 32-разрядного MCU. Однако работа с энергопотреблением - это максимальная тактовая частота. Silicon Labs тщательно разрабатывает EFM32, чтобы вместе оптимизировать производительность и снизить энергопотребление, рассчитывая на максимальную тактовую частоту 48 МГц. Микроконтроллеры с более высокими тактовыми частотами в диапазоне 100 МГц + неизбежно будут потреблять больше энергии в активном режиме.

Помимо экономии энергии в рабочем режиме, EFM32 идеально подходит для приложений с низким рабочим циклом, где он может использовать преимущества работы в режимах с низким энергопотреблением. Состояния с более низкой энергией обозначены в разделе выше как EM1 (сон), EM2 (глубокий сон), EM3 (стоп) и EM4 (отключение). Автономные периферийные устройства, периферийная рефлекторная система и LESENSE - это основные технологии, которые используются в режимах с низким энергопотреблением.

Функция автономного периферийного устройства гарантирует, что периферийные устройства могут работать без пробуждения ЦП. Также имеется расширенная поддержка адреса прямой памяти (DMA) с количеством каналов до 16, в зависимости от EFM32.

Система Peripheral Reflex System расширяет возможности автономных периферийных устройств, позволяя гибко настраивать их для создания сложных и мощных соединений в обход центрального процессора.

LESENSE - это уникальная функция EFM32, которая позволяет MCU контролировать до 16 датчиков в режиме глубокого сна. В этом режиме EFM32 может выполнять резистивные, емкостные и индуктивные измерения.

При необходимости EFM32 может выйти из режима глубокого сна и задействовать ЦП менее чем за две микросекунды.

Примеры применения низкоэнергетической технологии Gecko

Приложения измерения АЦП (температура): в демонстрации с микроконтроллером Wonder Gecko и стандартным температурным термистором настройка АЦП на выборку термистора каждую секунду (При частоте 1 Гц) соответствует среднему току 1,3 мкА. В реальном мире это эквивалентно батарее типа «таблетка» CR2032 на 220 мА-ч, работающей почти 20 лет. Это же приложение может быть реализовано с LESENSE и предустановленными пороговыми значениями вместо использования регулярных интервальных выборок АЦП. В случае LESENSE и нерегулярных триггеров пороговая частота триггера в 1 Гц по-прежнему будет давать средний ток 1,5 мкА, что соответствует сроку службы батареи 16,85 года.

Счетчик импульсов с низким энергопотреблением для метрологии: Используя счетчик импульсов с низким энергопотреблением, EFM32 можно также использовать в приложениях (импульсных) измерениях. Например, с помощью магнитного датчика Холла EFM32 может преобразовывать вращательное положение в количественную скорость или расход. Это обычная ситуация при измерении расхода воды или тепла. EFM32 можно использовать в режиме остановки (EM3) для подсчета импульсов и последующего расчета расхода. Потребляемая мощность при работе в этом состоянии может составлять всего 650 нА (3 В постоянного тока), что имеет значительные (положительные) последствия для счетчиков, работающих от батарей.

Семейство микроконтроллеров EFM32 является одним из двух продуктов Energy Micro. Другой - радиостанции EFR4D Draco SoC.

• В апреле 2008 года Energy Micro объявила о лицензировании ядра ARM Cortex-M3.
• В октябре 2009 года Energy Micro анонсировала семейство микроконтроллеров EFM32 Gecko (серия EFM32G) на базе Cortex-M3.
• В декабре 2009 г. Energy Micro анонсировала комплект средств разработки для своего семейства микроконтроллеров EFM32 Gecko.
• В феврале 2010 г. Energy Micro объявила о выпуске микроконтроллеров EFM32 Tiny Gecko.
• В марте 2010 г. Energy Micro анонсировала семейство микроконтроллеров EFM32 Tiny Gecko (серия EFM32TG) на базе Cortex-M3.
• В марте 2010 года Energy Micro анонсировала недорогой стартовый комплект EFM32 Gecko.
• В июле 2010 года Energy Micro анонсировала семейство микроконтроллеров EFM32 Giant Gecko (серия EFM32GG) на базе Cortex-M3 для приложений с большим объемом памяти.
• В ноябре 2010 года Energy Micro анонсировала пакет разработчика Simplicity Studio.
• В марте 2011 года, Energy Micro анонсировала семейство микроконтроллеров EFM32 Zero Gecko (серия EFM32ZG) на базе Cortex-M0 + для недорогих приложений.
• В сентябре 2011 года Energy Micro объявила семейство микроконтроллеров EFM32 Leopard Gecko (серия EFM32LG) на базе Cortex-M3.
• В апреле 2013 года Energy Micro анонсировала семейство микроконтроллеров EFM32 Wonder Gecko (серия EFM32WG) на базе ARM Cortex-M4F.
• В июне 2013 года Silicon Labs объявила о намерении приобрести Energy Micro.
• В июле 2013 года Silicon Labs завершила приобретение Energy Micro.

Компилятор Gecko mbed доступен по адресу: https://developer.mbed.org/compiler/#nav:/ ;

• Портал электроники

• Архитектура ARM, Список ядер микропроцессора ARM, ARM Cortex-M
• Микроконтроллер, Список распространенных микроконтроллеров
• Встроенная система, Одноплатный микроконтроллер
• Прерывание, Обработчик прерывания, Сравнение операционных систем реального времени
• JTAG, SWD

Викискладе есть материалы, связанные с EFM32.

официальными документами EFM32

• официальным сайтом EFM32
• EF Замечания по применению M32
• Форум разработчиков EFM32

Официальные документы ARM

видеоролики о стартовом комплекте EFM32

• Многопротокольная простота Wireless Gecko от Silicon Labs
• Wireless Gecko - Введение в инструменты разработки EFR32 HW
• EFM32 Gecko Cortex -M3 Starter Kit от Silicon Labs
• Wireless Gecko - Практика проектирования в диапазоне частот ниже ГГц от Silicon Labs
• Использование инструмента BG для проведения радиочастотного тестирования
• Семейство беспроводных устройств Silicon Labs Gecko | Digi-Key Daily

Обучающие видео по EFM32

• Simplicity Studio IDE
• Освоение Simplicity Studio - с Energy Profiler
• Освоение Simplicity Studio - Конфигуратор
• Освоение Simplicity Studio - Network Analyzer
• Освоение Simplicity Studio - Конструктор приложений

Блог EFM32

• Воспитание геккона
• IoT-герой из подростковой инженерии - новый поворот в музыке
• Герой Интернета вещей: Тим Гипсон из Mide
• Студенты изучают новый курс на основе EFM32
• Выбирайте с умом: микроконтроллер хорош только в качестве средств разработки
• Получите больше от наших новых многопротокольных и беспроводных SoC с частотой менее ГГц с помощью сетевого стека Connect

Другое

• ARM: Energy Micro Licenses Процессор Cortex-M3
• EETimes: ARM распространяется на приложения с низким энергопотреблением