低功耗32位MCU在無線聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

在無線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要保證其電池的使用壽命、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩旖菀约爱a(chǎn)品本身的小型化和低成本，因此對(duì)系統(tǒng)主控單元器件的選擇既要滿足低功耗、小體積、低成本又需要該器件能對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)行加密處理。本文著重推薦了Silicon Labs基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列，超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢(shì)使得其完全可以勝任無線報(bào)警系統(tǒng)的諸多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

在生產(chǎn)、生活中，有著多種安全防護(hù)需求，而隨著無線技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，無線聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)以其數(shù)據(jù)傳輸?shù)南冗M(jìn)性、安裝操作的便捷性，得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1：安防無線報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成框圖。

該系統(tǒng)是由無線報(bào)警主機(jī)和各類節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成。在運(yùn)行中，節(jié)點(diǎn)設(shè)備會(huì)將狀態(tài)信息和報(bào)警信息通過無線通信方式上傳給無線報(bào)警主機(jī)，無線報(bào)警主機(jī)再根據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行后續(xù)處理，如存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸、驅(qū)動(dòng)報(bào)警外設(shè)、等等。

在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般會(huì)遇到如下幾個(gè)挑戰(zhàn)。首先，節(jié)點(diǎn)設(shè)備一般采用電池供電，那么，既要控制電池成本、又要盡量獲得更長電池使用壽命，就會(huì)成為一個(gè)讓工程師感到棘手的問題。其次，報(bào)警系統(tǒng)采用無線通信方式，作為報(bào)警系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸既要安全又要快捷，這就要求在數(shù)據(jù)傳輸中，不僅要對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，還不能因此而降低速度。最后，無論是節(jié)點(diǎn)設(shè)備、還是主控設(shè)備，其產(chǎn)品本身一般都要求小體積、低成本，那么，就要求所用的主控芯片既要集成功能多，還要芯片體積小、成本低。

圖2：節(jié)點(diǎn)類設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

世界知名的精密混合信號(hào)芯片方案提供商Silicon Labs致力于打造強(qiáng)大的IOT整套芯片方案。其中，新近推出的基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列，以其超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢(shì)，完全可以勝任上述挑戰(zhàn)！圖3是EFM32JG系列MCU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及其亮點(diǎn)。

EFM32JG系列MCU擁有EM0~EM4多種工作模式。在各模式上，有著優(yōu)秀的指標(biāo)，如深度休眠模式，2.5 μA@EM2 （RTCC running with state and RAM retenTIon），功耗極低；全速運(yùn)行模式，僅63 μA/MHz @EM0，功率密度優(yōu)秀。在運(yùn)行中，MCU可根據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備或主控設(shè)備的任務(wù)需求，靈活切換能耗模式，比如可采用：工作（EM0）→ 深度休眠（EM2）→喚醒（僅2us）→工作（EM0）→。..。..這種運(yùn)行方式，以獲取最低平均功耗。 另外，EFM32JG系列MCU，還集成了LEUART（低功耗串口），在EM2模式下與DMA配合，可在無內(nèi)核干預(yù)下運(yùn)行，也可以通過接收的數(shù)據(jù)喚醒MCU。不僅自身功耗低，還使MCU擁有更好的喚醒方式。因此，在功耗控制上，EFM32JG系列MCU，以其優(yōu)秀的指標(biāo)、靈活多樣的能耗模式以及各種特色外設(shè)，使得節(jié)點(diǎn)設(shè)備的電池使用壽命，能夠得到很好的延長。

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c快捷上，EFM32JG系列MCU，完全集成了3種主流加密算法的硬件加密引擎：

• AES 128/256-bit keys

• ECC B/K163， B/K233， P192， P224， P256

• SHA-1 and SHA-2 （SHA-224 and SHA-256）

因?yàn)槭怯布模唵螏讞l指令，就可以實(shí)現(xiàn)加密或解密，節(jié)省了MCU用幾百條軟件指令去計(jì)算的時(shí)間，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，也沒有因此而拉低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。很好地破解了加密與高速共存的瓶頸。

最后，如上述，節(jié)點(diǎn)設(shè)備一般要電池供電，為了獲得穩(wěn)定的電壓以及較高的電源轉(zhuǎn)化效率，一般都要一個(gè)DC/DC電源IC。EFM32JG系列MCU集成了一個(gè)DC/DC控制器，因此很好地滿足了這種需要。該DC/DC控制性能優(yōu)秀，轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%，輸出電流高達(dá)200MA（低噪模式，且Tamb ≤ 85°C），不僅可以自己用，還可以供其他外設(shè)使用。這不僅減少了硬件BOM成本，更減少了PCB體積。

綜上所述，EFM32JG系列MCU，以其高度的集成性，優(yōu)秀的性能，很好地勝任了在無線聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)！

EFM32JG系列MCU其他典型應(yīng)用：

• 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器

• 健康和健身

• 智能配件

• 家庭自動(dòng)化和安全

• 工業(yè)和工廠自動(dòng)化