MEMS傳感器所具備的嵌入式可編程功能

摘要：

本文介紹部分意法半導(dǎo)體MEMS傳感器所具備的嵌入式可編程功能，特別介紹了有限狀態(tài)機(jī) (FSM)、機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核 (MLC) 和智能傳感器處理單元 (ISPU)

1. 簡介

意法半導(dǎo)體的數(shù)據(jù)處理方法不斷變化，從傳感器連續(xù)將數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)?a target="_blank">MCU進(jìn)行處理和分析的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，演變?yōu)樵趥鞲衅髦斜镜靥幚頂?shù)據(jù)的邊緣方法。

最近，意法半導(dǎo)體推出了獨(dú)具匠心的MEMS傳感器，它具有可編程邏輯和完全可編程DSP架構(gòu)，能夠降低功耗，減少I2C/SPI總線流量，減輕MCU負(fù)荷。

這種可編程邏輯架構(gòu)旨在最大限度降低特定處理模型的功耗，同時(shí)可以運(yùn)行FSM和MLC算法。觸發(fā)中斷時(shí)，MCU讀取模型結(jié)果，還可以讀取原始數(shù)據(jù)

完全可編程DSP可以實(shí)現(xiàn)在傳感器內(nèi)部運(yùn)行的任何自定義代碼（需考慮計(jì)算和編譯限制），MCU從傳感器中讀取處理后的數(shù)據(jù)。

2. 有限狀態(tài)機(jī) (FSM)

有限狀態(tài)機(jī)是一種行為模型，由有限數(shù)量的狀態(tài)組成，且狀態(tài)之間會(huì)發(fā)生特定遷移，類似于流程圖，能夠處理內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)（通過傳感器集線器配置）。多個(gè)狀態(tài)機(jī)可以并行運(yùn)行。

有限狀態(tài)機(jī)方法適用于需要識(shí)別用戶定義手勢(shì)模式的所有應(yīng)用。

最新意法半導(dǎo)體傳感器采用FSM模型，并引入了自適應(yīng)自配置 (ASC) 功能。這意味著，可以利用FSM中斷來觸發(fā)器件設(shè)置更改（包括ODR、FS、BW、功率模式和FIFO），因此MCU可以保持睡眠模式。

3. 機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核 (MLC)

機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)核包含一組可配置參數(shù)和決策樹。決策樹的表示形式為二進(jìn)制樹，包含兩類節(jié)點(diǎn) - 內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)。決策樹的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)按照 (if-then-else) 方法分成兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，以便進(jìn)入下一路徑（可以是true或false）。決策樹的葉節(jié)點(diǎn)不包含任何子節(jié)點(diǎn)，只包含一個(gè)用戶定義的類 - 結(jié)果

適用于通過歸納方法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，該方法涉及從觀察結(jié)果中搜索模式。這類應(yīng)用包括：活動(dòng)識(shí)別、健身活動(dòng)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度檢測(cè)、振動(dòng)強(qiáng)度檢測(cè)、攜帶位置識(shí)別和環(huán)境感知。

4. 智能傳感器處理單元 (ISPU)

ISPU是一種小巧緊湊的超低功耗高性能可編程內(nèi)核，它基于意法半導(dǎo)體開發(fā)的專有架構(gòu)。這款內(nèi)核支持處理內(nèi)部（加速度計(jì)、陀螺儀和溫度傳感器）和外部（通過傳感器集線器連接到傳感器）數(shù)據(jù)。ISPU可以運(yùn)行意法半導(dǎo)體ISPU工具鏈編譯的C語言算法，也可以使用NanoEdge AI Studio生成異常檢測(cè)庫。該器件具備靈活的編程能力，適用于在不使用MCU的情況下，實(shí)現(xiàn)任何AI、傳感器融合算法。