可使电池寿命长达20年的微控制器节能设计

　　一个32位的内核比能力较小的MCU花更少的时间去积极完成一项相同的任务：同时，该内核在运行时使用的功率也应尽可能低。集中于低功耗的IC设计师们得到了许多精致的设计来实现其目标。例子包括优化所有芯片同步逻辑的时钟门控结构，并组织总线系统和内存 –SRAM和闪存- 在任何特定处理中的最小开关 -。采用全套低功耗设计方法会在闪存中产生一个运行典型代码的ARM Cortex - M3内核，而使用少到180μA/MHz的能量。认真使用这些相同的技术可以保证数字测量准确，减少到低时钟速率，而不仅是一个最佳性能数字。一旦MCU被唤醒并执行应用代码，M3内核使用Thumb2指令集也有助于减少“活跃时间”。有了这样的紧凑型16位指令的双取指令功能，Thumb2ISA的效率非常好。

　　在减少电流乘微秒产品时，MCU设计师有很多更好的策略要部署。一个是不仅减少内核在实际处理应用代码时所花的时间，而且缩短唤醒刺激之间的解决时间 - 无论是定时生成或事件驱动 - 并且CPU正在准备做“真正的工作”。一条线路是最大限度地减少启动时间以及内核的时钟信号供应。众所周知，当一个晶体振荡器从关闭状态中启动时，在作为一个系统时钟使用之前，它需要一些时间来稳定其输出。相反，一个RC振荡器作为MCU必须完成的所有任务的时基可能不够准确，但会在开机后的几乎一瞬间产生有规则的输出。部分解决方案是缩短同时提供信号的时间; CPU在开机的同时就开始运行，用RC振荡器调整时钟，而一个小控制电路等它一稳定下来就将时钟源传到一个晶体振荡器上。RC振荡器输出中任何频率精度的不足都不很重要，因为使用它的周期较短。

简单的任务不需要MCU内核

　　尽管设计师十分注意要用一个有能力的处理内核来提供功率，并且在尽可能短的时间内实现了这个目标， 对芯片设计师和系统设计师有用的是要问问给定任务是否需要这样的内核：如果唤醒它只是执行简单任务的话，即使是最节能的内核也会浪费电池的电荷。我们再用环境传感器的应用作个例子 –它可能需要定期测量，但只需在不频繁的时间间隔内将测量结果报告到中央数据记录器里。运行通信接口的软件堆栈一定会要求唤醒MCU内核，但会更频繁地打开模拟到数字的转换器，指挥A / D转换，并以低功耗内存积累结果，如果只要求外围设备设置在互连矩阵（图4）的控制下自主运作的话，消耗的功率会很少。由于应用的差别很大，选择哪些功能模块来供电以及它们如何连接的高度灵活性对充分利用这一概念非常重要。

在电源预算中加密码

　　众所周知，在现代CMOS半导体工艺中，为硬连接块IC增加功能的硅区成本相对较低。这产生了轻微的与直觉不一致的结果，为了把功耗降到最低，最有效的选择往往是增加门控数。有了先进的钟树设计、时钟门控和线路板电源开关， IC设计人员可以随时随地很容易地完全切断电源。这种方法的一个突出功能就是加密。即使是看似平常的数据现在也通过例行的加密来保证安全，通常已知的算法为AES。这对一个32位MCU内核而言不是一项具有挑战性的任务，但它确实占用了大量的处理器周期，延长了总的微安倍乘总微秒。大多数这些周期花在了执行一些内部循环中的算法上; 增加一个AES加速器硬件模块会使MCU停止AES算法，转向专用硬件，并与其它处理器和睦相处，以更少的周期得到加密（或解密）结果。

　　迅速扩大的能源敏感应用类别 - 由少数高端类别如智能电能计量领导 - 重新界定了用电池驱动一个产品的意思：这些产品必须在一个单电池的驱动下提供服务，并比较电池本身的货架期，在电池制造商指定的最大时间间隔的相同范围内：达到，甚至超过20年。只有一个高度集成的单芯片的微控制器能为这样的设计提供一个现实的解决办法。IC设计师们十分注重低功耗芯片设计的每个方面，现在可以提供现代、功能强大的32位处理器内核给产品设计师了，而同时尽可能地降低了功率要求。