Page 39 - 能量採集技術開啟醫療應用新局

DESIGN IDEAS
設計實例 使用特定任務MCU簡化複雜設計
作者:Robert Perkel，Microchip 應用工程師
在當今的電子世界中，執行即時作業系統(RTOS)的大型32位元 微控制器(MCU)和微處理器(MPU)越來越普遍。然而，處理複 雜應用的單個大型MCU可能遇到與小型內務管理任務相關的 CPU資源問題，這些任務並不複雜，但非常耗時。例如8位元和 16位元MCU等較小元件可用於從32位元元件卸載這些任務。
本文的第二個示例展示獨立 於核心的周邊裝置性能，以創建 獨立於CPU運行的電壓頻率(V/F) 轉換器。本例中CPU的唯一功能 是初始化周邊裝置並將除錯訊息 列印到UART。在更大的系統中， 當V/F在後台運行時，CPU可以執 行另一個簡單的任務。
使用8位元MCU創建I/O擴展 器的最大好處是靈活性。I/O擴展 器ASIC的功能集已嵌入到該元件 中，而MCU則可根據其執行的軟 體定義其行為。這種靈活性使基 於MCU的版本能夠適應最終應用 的需求。
以此示例來思考:將32位元 MCU用於控制汽車的娛樂系統、 環境照明和空調等非安全攸關功 能。32位元元件必須要能分配其 資源來處理與這些功能相關的所 有任務，例如多點測量機艙溫度、 打開/關閉空調系統、更新圖形顯 示、處理使用者輸入、調整照明條 件和播放音樂。即使對於大型32 位元元件，這也是繁忙的工作了。
獨立於CPU運行。 例如，為了展示周邊裝置的優
I/O擴展器
但是，如果能將其中一些任 務從32位元元件卸載到僅負責處 理其中一項或兩項任務的子處理 器，而在此過程中又幾乎不需要監 督，那麼這些任務就更易於管理。 而且，這釋放了主處理器上的CPU 資源，從而降低軟體複雜性，同時 提高了性能和執行時間。
勢，可以考慮脈衝寬度調變(PWM) 訊號的產生。為了在沒有專用周邊 裝置的情況下產生PWM，只需將 I/O線設置為高電平，等待一定數 量的週期將其設置為低電平，再 等待一段時間後再重複。這會佔 用大量CPU週期，並且對於諸如 RTOS等來說很難可靠地執行。相 形之下，PWM周邊裝置可讓CPU 在執行其他任務的同時設置所需 的波形參數。
在內部，先進的I/O擴展器在 基於查找表的結構上運行。在讀 取或寫入之前會發送一個虛擬位 址，該位址與MCU上的暫存器無 關——它僅特定於查找表(LUT)中， 這意味著可以透明地添加MCU硬 體暫存器中所沒有的功能。表格中 的條目也可以很容易地重新排列以 用於特定用途。這種結構的另一 個好處是能夠向查找表添加授權 (圖1)。例如，為了創建唯讀暫存 器，只需省略寫查找表條目即可。
該解決方案具有類似於MCU 周邊裝置的優勢。周邊裝置是小型 專用硬體模組，可以添加新功能， 例如運算放大器或類比數位轉換 器(ADC)，或者可以減少CPU必須 為特定功能執行的工作量。在某些 情況下，周邊裝置在初始化後可以
本文提供的第一個示例顯示 卸載CPU密集型任務的好處。在 這種情況下，8位元MCU用於創建 I/O擴展器。I/O擴展器不是複雜 的元件;然而，由於中斷的頻繁服 務，它們使用了大量的CPU時間。 由於使用專門的MCU來完成這項 任務，較大的32位元元件可以降 低其I/O利用率和需要處理的中斷 數量。此外，I/O擴展器的功能集 是在軟體中設置的，因此可以針對 應用進行客製和調整。
更複雜的結構也適用於非標 準功能。“MEMOP”功能支援MCU 將其當前的通用輸入輸出(GPIO)配 置保存或載入到記憶體中。
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