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32-Bit-Mikrocontroller

Strom sparen mit dem »MSP432«

13. August 2015, 14:41 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Power-Gating und Flash-Puffer

Eine leistungsstärkere CPU, eine höhere Speicherdichte und eine umfangreichere Feature-Ausstattung führen in der Summe zu einer höheren Gatteranzahl und lassen damit den Leckstrom ansteigen. Im Verbund mit der kleineren Schaltungsgeometrie, in die im Interesse einer leistungsfähigeren CPU investiert worden ist, verschärft dies das Problem des Leckstroms speziell im Standby-Status

Als Abhilfe hiergegen sind die MSP432-MCUs mit zwei Low-Power-Techniken ausgestattet. Zum ersten kommt in den Bausteinen eine aggressive Power-Gating-Methode zum Einsatz. Alles, was für den RTC-Standby-Modus (Real Time Clock, Echtzeituhr) nicht unbedingt notwendig ist, wird komplett abgeschaltet und verbraucht dementsprechend auch keinen Strom. Zum zweiten werden einige langsame Transistoren mit niedrigem Leckstrom speziell für Peripheriefunktionen genutzt, die im Standby-Modus im Low-Power-Bereich arbeiten. Hier hat anstelle einer hohen Geschwindigkeit ein niedriger Leckstrom den höheren Stellenwert.

Der Flash-Controller der Mikrocontroller ist mit einem konfigurierbaren 128-Bit Flash-Puffer ausgestattet, der dazu beitragen kann, die Zahl der direkten Flash-Zugriffe zu reduzieren oder die effektive Geschwindigkeit des Flash-Speichers zu erhöhen, wenn die CPU schneller als die native Flash-Geschwindigkeit arbeitet (durch Reduzierung der effektiven Wartezyklen). Besonders nützlich ist dieses Feature bei der Verarbeitung einer Sequenz von linearem Code, der durch große Kontinuität und eine minimale Anzahl an Sprüngen und Verzweigungen gekennzeichnet ist.

Den Entwicklern steht es jedoch auch frei, den Puffer zu deaktivieren und dadurch den Stromverbrauch zu verringern, wenn er nicht gebraucht wird (wenn die CPU-Geschwindigkeit kleiner ist als die Flash-Geschwindigkeit). Es sind zwei »Run-Time Flash Access Benchmark«-Register vorhanden, mit denen Entwickler die Häufigkeit der Flash-Zugriffe erfassen können, um die optimale Konfiguration des Flash-Puffers für die jeweilige CPU- und Flash-Geschwindigkeit zu ermitteln.

ROM-residente Treiberbibliothek

Zusätzlich zum Flash-Speicher enthält die Familie »MSP432P4xx« ein ROM als zweite, nichtflüchtige Speicheroption. Richtig angewendet, kann es in diesen Bausteinen erhebliche Vorteile gegenüber dem Flash-Speicher bieten. Die Verarbeitung aus dem ROM ergibt einerseits eine höhere Performance (keine Wartezyklen beim Zugriff auch bei maximaler CPU-Frequenz) und sorgt andererseits für eine geringere Leistungsaufnahme (40% weniger als Flash-Speicher). Dies kombiniert hat zur Folge, dass der Energieverbrauch des Bausteins weiter sinkt.

Die am häufigsten genutzte Software in jeder MSP432-Applikation, nämlich die stark abstrahierte und robuste Treiberbibliothek, ist in optimierter Form im ROM abgelegt. Entwickler können folglich unmittelbar von der beschriebenen Kombination aus Zuwachs bei der Rechenleistung und niedrigerem Stromverbrauch profitieren, wann immer sie die Peripheriefunktionen des Bausteins nutzen. Außerdem werden die normalerweise im Flash-Speicher benötigten 25 KByte frei.