CN111427443B - 一种mcu实现外设自主动态联动降功耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，包括CPU模块、事件中心模块和多个外设单元，还包括以下步骤：事件中心模块在低功耗模式下对外设单元发出的外设信号进行响应，并与睡眠前预登记的事件信号相匹配；若不匹配则不予理会；若匹配则根据预登记的事件用户信息或者自主触发其他外设单元工作，或者唤醒CPU模块；事件中心模块接管CPU模块的大部分工作，CPU模块长时间处于低功耗休眠状态；事件中心模块接收外设单元的信号，再触发控制其他外设单元工作，实现外设单元间自主联动，不要CPU的参与即可正常工作；仅仅遇到小部分特殊事件时，事件中心模块才唤醒CPU模块进行处理，使得唤醒CPU模块工作的次数大大降低，达到真正意义上的低功耗。

Description

一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法
技术领域
本发明属于MCU处理器领域，具体涉及一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法。
背景技术
近年来随着MCU性能的增长，MCU的功耗也日益增长，因此就需要设置低功耗的MCU，在传统的MCU设计中，低功耗的特性大都是基于MCU本身的特性进行实现，MCU在整个低功耗的管理过程中起到核心作用。
现有的MCU在内部会设置几个不同的电压域，然后分别设置几个不同的低功耗模式，软件可以通过配置使CPU根据不同的需求进入不同的低功耗模式，不同的低功耗模式对应于芯片内部不同的电压域的开关控制逻辑。另外传统MCU设计还会通过调整CPU的主频大小来动态调整MCU的工作状态，从而降低MCU工作过程中的整体功耗。如图1所示，低功耗模式下，ADC外设每5秒采集一次数据，与软件设置的寄存器阈值进行比较，如果低于阈值，就继续睡眠，如果高于阈值，才唤醒CPU去通过串口控制一个无线通信模块将ADC的采集数据上传到用户的云平台上。
整个过程中，ADC启动转换，以及转换结束后的阈值比较，都需要CPU的参与，每5秒就会唤醒CPU起来处理一次任务。虽然相对于CPU长期工作的模式下节省了功耗，但是对于CPU来说，唤醒频次太高，导致整个过程的平均动态功耗会比较大。即使通过降低CPU工作时的频率来降低CPU的功耗，但是降低空间有限，CPU的苏醒次数过多还是会导致功耗增加，难以从根本原因上解决MCU功耗较高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，包括CPU模块、事件中心模块和多个外设单元，所述事件中心模块通过APB总线协议与所述多个外设单元连接，还包括以下步骤：
所述事件中心模块在低功耗模式下对外设单元发出的外设信号进行响应，并与睡眠前预登记的事件信号相匹配；
若不匹配则不予理会；
若匹配则根据预登记的事件用户信息触发其他外设单元自主互联，或者唤醒所述CPU模块。
优选的，所述事件中心模块包括事件登记单元，在所述事件中心模块对外设单元发出的外设信号进行响应之前还包括，所述事件登记单元对外设单元进行登记注册，所述外设单元包括事件发生源和事件接收用户，所述事件发生源用于发出外设信号，所述事件接收用户接收所述事件中心模块的触发信号而工作。
优选的，所述事件中心模块还包括事件注销单元，在所述事件中心模块对外设单元发出的外设信号进行响应之前还包括，所述事件注销单元对已经登记注册的外设单元进行注销。
优选的，所述事件中心模块包括事件过滤单元，在与已经登记的事件信号相匹配之后，若本次的外设信号与登记的事件信号不匹配，则将此外设信号进行过滤处理。
优选的，所述事件中心模块包括事件触发单元，在与已经登记的事件信号相匹配之后，若本次的外设信号与登记的事件信号相匹配，则将触发对应的外设单元联动。
优选的，在判断本次的外设信号与登记的事件信号相匹配之后，还包括所述事件中心模块对登记事件进行权限判定，若判定自身有权限处理，则触发所述外设单元工作，若判定自身没有权限处理，则唤醒所述CPU模块进行处理。
优选的，所述事件中心模块根据事件的复杂程度和重要程度进行权限判定，并划分为需要所述CPU模块处理的一级事件和不需要CPU处理的二级事件。
优选的，所述事件中心模块包括计数单元，用于对一级事件进行计数，当一级事件超过预定值时则唤醒所述CPU模块，所述计数单元对所述二级事件进行计数，当二级事件数量超过设定值时唤醒所述CPU模块，且预定值小于设定值。
优选的，所述事件中心模块为具有低功耗电压域的数字电路，并且所述数字电路的时钟频率为1KHz。
优选的，还包括用于产生不可屏蔽异常信号的NMI单元，所述CPU模块包括WIC单元、CPU内核单元和电源管理单元，所述WIC单元接收所述NMI单元的信号、所述事件中心模块产生的唤醒信号和所述外设单元产生的中断信号，进而所述WIC单元控制所述CPU内核单元和电源管理单元工作。
本发明具有以下有益效果：本发明的MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，包括CPU模块、事件中心模块和多个外设单元，事件中心模块通过APB总线协议与多个外设单元连接，还包括以下步骤：所述事件中心模块在低功耗模式下对外设单元发出的外设信号进行响应，并与睡眠前预登记的事件信号相匹配；若不匹配则不予理会；若匹配则根据预登记的事件用户信息或者自主触发其他外设单元工作，或者唤醒所述CPU模块。
通过设置事件中心模块接管CPU模块的大部分工作，CPU模块可以长时间处于低功耗休眠状态；而事件中心模块能够接收外设单元的信号，再触发控制相应的其他外设单元工作，实现外设单元之间的自主联动，并不需要CPU的参与即可正常工作；仅仅遇到只有小部分特殊的事件时，事件中心模块才唤醒CPU模块，对特殊事件进行处理，使得唤醒CPU模块起来工作的次数大大降低，达到了真正意义上的低功耗。
附图说明
图1为现有技术的逻辑框图；
图2为本发明的简要逻辑框图；
图3为本发明的详细逻辑框图；
图4为本发明的工作示意图；
图5为本发明的工作原理图；
图6为本发明的具体实施例的工作示意图。
具体实施方式
目前，MCU芯片的发展方向主要是实现低功耗、低成本和高度集成。这种MCU芯片主要应用于低能耗电机控制、便携式医疗电子、高精度传感器控制、无线数据传输和电池电源管理等等。这种MCU芯片不仅需要超低的静态功耗，还需要具有精细化控制的动态功耗，对MCU的工作能耗进行精细管理，实现整体方案的低功耗，下面将通过具体实施例对本方法如何进行精细的控制动态能耗进行详述。
如图2和图4所示的，一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，包括CPU模块、事件中心模块和多个外设单元，还包括以下步骤：事件中心模块在低功耗模式下对外设单元发出的外设信号进行响应，并与睡眠前预登记的事件信号相匹配；若不匹配则不予理会；若匹配则根据预登记的事件用户信息或者自主触发其他外设单元工作，或者唤醒CPU模块。通过设置事件中心模块接管CPU模块的大部分工作，CPU模块可以长时间处于低功耗休眠状态；而事件中心模块能够接收外设单元的信号，再触发控制相应的其他外设单元工作，实现外设单元之间的自主联动，并不需要CPU的参与即可正常工作；仅仅遇到只有小部分特殊的事件时，事件中心模块才唤醒CPU模块，对特殊事件进行处理，使得唤醒CPU模块起来工作的次数大大降低，达到了真正意义上的低功耗。
请参阅图4和图5，本实施例的事件中心模块包括事件登记单元，在事件中心模块对外设单元发出的外设信号进行响应之前还包括，事件登记单元对外设单元进行登记注册，外设单元包括事件发生源和事件接收用户，事件发生源用于发出外设信号，事件接收用户接收事件中心模块的触发信号而工作。其中，事件发生源并不仅仅只能作为产生信号的一方，在其他事件中也可能作为事件接收用户。同样的事件接收用户也不仅仅只是作为信号接收的一方，也可能在其他事件中充当事件发生源的角色。通过事件中心模块对事件发生源和事件接收用户进行管理，事件中心模块权限内的事件即可通知相应的事件接收用户处理，若超出权限才唤醒CPU模块工作。
本实施例的事件中心模块还包括事件注销单元，在事件中心模块对外设单元发出的外设信号进行响应之前还包括，事件注销单元对已经登记注册的外设单元进行注销。能够避免其他不重要的信息干扰，同时还能够在更换工作环境后对原有的已登记事件进行注销删除。本实施例的事件中心模块包括事件过滤单元，在与已登记事件信号相匹配之后，若本次的外设信号与登记的事件信号不匹配，则将此外设信号进行过滤处理。本实施例的事件中心模块包括事件触发单元，在与已经登记的事件信号相匹配之后，若本次的外设信号与登记的事件信号相匹配，则将触发对应的外设单元联动。实现与CPU模块无关的外设单元自主互联，降低CPU模块的功耗。
请参阅图2和图3，本实施例在判断本次的外设信号与登记的事件信号相匹配之后，还包括事件中心模块对登记事件进行权限判定，若判定自身有权限处理，则触发外设单元工作，若判定自身没有权限处理，则唤醒CPU模块，权限的判定方式包括待处理事件数量、待处理事件的重要程度或者两者结合，但不仅限于此。唤醒CPU模块对事件进行处理后，CPU模块又继续睡眠保持低功耗模式。
请继续参阅图3，本实施例的事件中心模块根据事件的复杂程度和重要程度进行权限判定，并划分为需要CPU模块处理的一级事件和不需要CPU处理的二级事件。本实施例的事件中心模块包括计数单元，用于对一级事件进行计数，当一级事件超过预定值时则唤醒CPU模块。计数单元还可以对二级事件进行计数，当二级事件的数量超过设定值也可唤醒CPU模块进行处理，当然，设定值需要大于预定值。同时还可以根据事件的重要性和相应事件的数量进行结合判断，比如次要事件数量过多或者重要事件数量较少都可以唤醒CPU模块。
本实施例的事件中心模块为具有低功耗电压域的数字电路，并且数字电路的时钟频率为1KHz。事件中心模块可以命名为Tinywork事件中心，其采用的数字电路在芯片的内部对应于一个专用的电压域，电压域具有超低的静态功耗。在工作过程中，Tinywork事件中心起着事件路由管理的作用，为了降低功耗，可以尽量降低时钟频率，但是考虑到处理事件实时性的要求，时钟频率不能太低，因此选用频率为1KHz的时钟。事件中心模块是作为一个特殊外设，通过APB总线协议与MCU的CPU模块完成通信。所述事件中心模块，是通过具有极低功耗数字电路实现的硬件逻辑加速单元，管理着多个外设单元的事件拓扑路由逻辑，使用的时钟频率为1KHz， 在保证非常低的静态低功耗的同时，又能够保证及时响应其他外设的事件触发并完成特定逻辑的传递。正是由于这个原因，事件中心模块不论是在静态功耗还是动态功耗方面，都比设计一个数据处理芯片或者CPU来完成相同的任务更具有优势。总体而言，设置了事件中心模块接管CPU模块的大部分工作，降低了CPU的功耗，同时事件中心模块的频率较低功耗也远远低于CPU模块，也起到了降低功耗的作用。
请参阅图5，本实施例的还包括用于产生不可屏蔽异常信号的NMI单元；CPU模块包括WIC单元、CPU内核单元和电源管理单元，WIC单元接收NMI单元的信号、事件中心模块产生的唤醒信号和外设单元产生的IRQ中断信号，进而WIC单元控制CPU内核单元和电源管理单元工作。IRQ为中断请求。NMI为不可屏蔽信号，WIC为电源管理。由于可能存在一些故障事故或者一些异常事件，需要CPU进行紧急处理，NMI单元可以直接发出不可屏蔽的异常信号给WIC单元，从而唤醒CPU模块。同样的外设出现故障等情况也可以发出信号给WIC单元直接唤醒CPU模块。
请参阅图6，本实施例可应用于远程抄表设备，外设单元包括低功耗定时器、电表计量器和静态存储器，静态存储器单元又叫做Retention SRAM。当低功耗定时器的预设时间发生超时的时候，通过事件通道1传递给Tinywork事件中心，Tinywork事件中心对事件进行计数并传递给电表计量器，电表计量器开始对用量进行计量，并将得出的数据通过事件通道2传递给Tinywork事件中心。Tinywork事件中心对事件进行计数并传递给RetentionSRAM，然后进行存储即DMA开启。DMA为直接内存存取。其中，Tinywork事件中心对低功耗定时器和电表计量器产生的事件均进行计数，并且进行实时的计数比较，若数量超过预设值，那么Tinywork事件中心唤醒CPU模块，CPU模块控制无线传输模块将数据上传至云端。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，其特征在于，包括CPU模块、事件中心模块和多个外设单元，所述事件中心模块包括事件登记单元，所述事件登记单元对外设单元进行登记注册，所述外设单元包括事件发生源和事件接收用户，所述事件发生源用于发出外设信号，所述事件接收用户接收所述事件中心模块的触发信号而工作，所述事件中心模块根据事件的复杂程度和重要程度进行权限判定，并划分为需要所述CPU模块处理的一级事件和不需要CPU处理的二级事件，所述事件中心模块包括计数单元，用于对所述一级事件进行计数，当一级事件数量超过预定值时则唤醒所述CPU模块；所述计数单元对所述二级事件进行计数，当二级事件数量超过设定值时唤醒所述CPU模块，且预定值小于设定值，所述事件中心模块通过 APB 总线协议与所述多个外设单元连接，还包括以下步骤：
所述事件中心模块在低功耗模式下对外设单元发出的外设信号进行响应，并与睡眠前预登记的事件信号相匹配；
若不匹配则不予理会；
若匹配则根据预登记的事件用户信息触发其他外设单元自主互联，或者唤醒所述CPU模块；
所述自主互联为事件中心模块接收外设单元的信号，再触发控制相应的其他外设单元工作；
在判断本次的外设信号与登记的事件信号相匹配之后，还包括所述事件中心模块对登记事件进行权限判定，若判定自身有权限处理，则触发所述外设单元工作，若判定自身没有权限处理，则唤醒所述CPU模块进行处理。
2.根据权利要求1所述的MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，其特征在于，所述事件中心模块还包括事件注销单元，在所述事件中心模块对外设单元发出的外设信号进行响应之前还包括，所述事件注销单元对已经登记注册的外设单元进行注销。
3.根据权利要求1所述的MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，其特征在于，所述事件中心模块包括事件过滤单元，在与已经登记的事件信号相匹配之后，若本次的外设信号与登记的事件信号不匹配，则将此外设信号进行过滤处理。
4.根据权利要求1所述的MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，其特征在于，所述事件中心模块包括事件触发单元，在与已经登记的事件信号相匹配之后，若本次的外设信号与登记的事件信号相匹配，则将触发对应的外设单元联动。
5.根据权利要求1所述的MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，其特征在于，所述事件中心模块为具有低功耗电压域的数字电路，并且所述数字电路的时钟频率为1KHz。
6.根据权利要求1所述的MCU实现外设自主动态联动降功耗的方法，其特征在于，还包括用于产生不可屏蔽异常信号的NMI单元，所述CPU模块包括WIC单元、CPU内核单元和电源管理单元，所述WIC单元接收所述NMI单元的信号、所述事件中心模块产生的唤醒信号和所述外设单元产生的中断信号，进而所述WIC单元控制所述CPU内核单元和电源管理单元工作。
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