針對智能水表、電表、遙控器等需要長時間使用的應用，任何MCU廠商都會以“低功耗”來大做文章，8 bit、16 bit和新晉的32 bit MCU都在分食低功耗應用市場，并且廝殺得越來越激烈。德州儀器(TI)MSP430一直是業(yè)界的明星產品，MSP430 FRAM系列MCU問世之后，更是頻頻打破低功耗的極限，同時也成為競爭對手爭先對比和“攻擊”的對象。我們不要再聽廠商們“王婆賣瓜自賣自夸”，先來看看權威第三方機構的驗證結果。

嵌入式微處理器基準評測協(xié)會(EEMBC)，基本上涵蓋80%~90%的MCU的廠家都是其成員，他們一起做了評估，此次評估囊括了8 bit、16 bit和32 bit MCU,評估的標準值稱為ULP -MAX(Bench)，該值是一個綜合評估值，比較全面地權衡各種狀態(tài)下的功耗和性能，這個最能體現超低功耗的總體性能，值越大代表越好。MSP430的ULP -Bench值大約為119.2，跟其他的供應商(再次強調包括8 bit低功耗單片機)相比具有巨大的優(yōu)勢，第二名僅為80左右。

圖1 ULP -Bench用戶界面

日前，TI再次重磅推出兩款產品MSP430FR4x/FR2x FRAM MCU,以完善FR家族產品，滿足細分市場需求。德州儀器半導體事業(yè)部MSP430業(yè)務經理夏樹榮攜德州儀器MSP430中國區(qū)業(yè)務拓展經理刁勇頂住霧霾壓力，來京向記者分享了這兩款產品以及開發(fā)工具的“殺手锏”。MSP430FR4x/FR2x是夏經理帶領的中國的MSP430團隊，利用中國的設計理念，針對中國市場本土開發(fā)出來的適合中國市場的產品。

圖2 德州儀器半導體事業(yè)部MSP430業(yè)務經理夏樹榮

解析“殺手锏”

針對低功耗應用設計，用戶常見問題主要有以下幾點。(1)應用能耗，如客戶以削減或同等的能量預算來實現功能的增加。例如超市電子標簽，要做得很大很薄，就需要用紙電池替代紐扣電池，但是電池壽命要求一樣，這時MSP430就有用武之地了。(2)調試問題，設計人員要完成功耗設計要求，往往會花費75% 以上的工作時間來查找系統(tǒng)中的電能‘漏失’，明顯浪費了人力資源;(3)復雜性，嵌入式軟件正變得日益復雜，因而增加了內存要求、能量預算和產品上市時間;(4)未來開發(fā)，客戶依賴于一個可擴展的產品系列，以在未來項目中能重復使用之前的硬件與軟件。

刁勇先生表示：TI整體超低功耗MCU平臺的設計初衷是節(jié)省能源并實現一個無電池的世界，不斷解決用戶問題。針對以上問題，TI采取的相應對策。

超低功耗(ULP)架構。MSP430 FRAM MCU是業(yè)界功耗最低的MCU，與采用Flash的MSP430相比，其功耗降低了一半。具有集成式液晶顯示驅動器以延長電池壽命，超低運行功耗，對比度保持均衡的LCD待機功耗極低，精確實時時鐘(RTC)電流低于1 µA。

作為一個普通消費者，記者特別了解了一下“對比度保持均衡”的問題?？照{遙控器之類的顯示控制器在電池快沒電之前，顯示碼會變暗，影響了用戶的使用。TI MSP430FR4x/ FR2x有一個片上電荷泵，使得不管電池提供的電壓是多少，輸入到所有LCD驅動的電壓是恒定的，這樣對比度就會很好地控制了。夏總表示：“我們的產品即使是在待機的時候，還能正常顯示溫度、風量等需要的信息，同時電池放得再久、時間再長，也要達到與正常使用時是一致的，對比度不會下降。”

EnergyTrace技術。使用MSP430FR4133 LaunchPad或MSP-FET編程器/調試器，可免費提供獨特的能量測量技術，開發(fā)人員可輕松對代碼執(zhí)行作出明智判定并基于功率分布圖進行優(yōu)化。夏經理表示：“開發(fā)人員最大的問題不是解決問題，而是根本找不到問題所在。”EnergyTrace能夠幫助他們看在每一步、每一個時間段、每一個外設的功耗，問題馬上無所遁形。夏總說他之前去拜訪一個客戶，對方花了2個月時間去找功耗問題，用了EnergyTrace以后，1天就找到問題，真是相見恨晚。

集成式LCD和紅外(IR)邏輯。片上LCD控制器和IR調制邏輯可簡化硬件配置和軟件設計，軟件可配置引腳能簡化LCD板布局，紅外IR調制硬件則可減少軟件需求。

管腳的靈活配置是針對中國用戶需求而特別設計的。夏總表示：“國外電路板現在都是6~8層板為主，而中國用戶用的最多的還是單層板和雙層板，布局太麻煩。既要用LCD，又要有存儲的接口，還要復位鍵，MSP430FR4133 LaunchPad的好處是40個管腳通過軟件任意地選，這樣到下一代產品電路板很難布局的時候，只需要把軟件改一下。這樣的自由配置驚呆了我們的小伙伴們。因為他們修改電路板硬件從設計、驗證、生產，周期最快也要兩周，而TI可以幫助他們無需改動硬件的布局，用軟件就能實現。我個人對我的開發(fā)團隊非常地自豪。這是在針對中國市場的需求，在中國定義、中國研發(fā)團隊完成的。我們寫了一個可配置的邏輯，這個確實是很挑戰(zhàn)，既要集成模擬也要集成數字的，可以集成在一個I/O口上。另外我們也談到了紅外遙控器，我們說最低功耗的LCD控制器，這就是說我們在待機模式的時候是要看工作的，而且是最低的功耗。”

可擴展的產品組合。TI的MSP430產品組合現在可提供基于4 KB ~128 KB FRAM的超低功耗MCU。這個也是一個亮點，用戶可以用軟件按需將芯片內部的FRAM自由配置為Flash、SRAM、EEPROM三者任意的組合以及所占的內存比。針對不同應用開發(fā)，提供超過10種封裝形式。100多種FRAM MCU已投入批量生產，并且引腳和代碼兼容。

應用亮點

MSP430 FRAM MCU適用的應用包括智能計量儀表、遙控器、能量收集、數據采集、工業(yè)和遠程傳感器等，適用于需要延長電池壽命、擴展產品功能同時又要縮短開發(fā)周期的開發(fā)人員。

夏總舉例到：“針對智能計量應用，例如智能水表，現在的新需求是用鈕扣電池讓其工作8年以上。再如在工業(yè)控制上，不能每天在管道里面拿一個表測一次，而是做一個浮動流量劑放在管道中進行計量，并保證工作10年，這對低功耗的要求是非?？量痰摹?rdquo;[!--empirenews.page--]

如今熱門的是智能家居或者物聯網，最終用戶關心的是什么?是人機界面?，F在物聯網的趨勢是洗衣機、空調這些白色家電都可以通過ZigBee或者Wi-Fi聯網(TI在這兩方面都有強大的產品)，用戶可以通過遠程來控制家電，同時能衡量家電的能耗。以冰箱為例，我們怎么樣節(jié)約能源?現在比較流行的是三層冰箱：冷藏、冷凍、零度，目前大多只求是否達到溫度效果，往往會出現過量供電的現象，導致能源的浪費。通過一個數據采集和控制就會達到一個很好的能量分配，能進一步地節(jié)省能源，同時可以通過遠程控制或者信息采集自動地把過去幾個月的冰箱使用習慣、洗衣機的使用習慣等搜集起來，反饋給家電，讓它進行智能的控制。

下圖上為智能水表的演示，中左圖為遙控器演示、中右為空調遙控器LCD顯示的演示、最下部圖為簡單的觸摸演示。

圖3 案例演示

FRAM與低功耗的“密戀”

很多人會問，Flash用了十幾年了，為什么說FRAM好?TI為什么投入了大量的人力物力在鐵電存儲器上?夏總說是因為它確實是革命性的創(chuàng)新。

MCU的功耗主要包括4種。待機功耗:大多數電池供電型應用要將使用壽命中超過80%的時間花費在電源備用模式，間歇性地喚醒以實現低占空比。模擬功耗(外設功耗):微控制器應用通過LCD等復雜的外設添加功能。數據寫入功耗:微控制器應用經常在非易失性存儲器中記錄數據以滿足應用中的需求。運行處理功耗: 電池供電型應用通常將CPU用于決策、基礎數學和控制。

就像EEMBC所測得的ULP-Bench值一樣，TI MSP430 FRAM MCU這4種功耗綜合起來是最低的。其中除了MSP430本身具有的低功耗DNA以外，FRAM所起的作用最大，其優(yōu)勢包括：可寫入更多，寫入速度比閃存快100倍，擁有無限的可擦寫次數(1015)，能延長產品壽命并淘汰EEPROM;可降低功耗，寫入時的能耗比閃存低250倍，能延長電池壽命，通過縮短內存更新時間，最大限度地降低無線系統(tǒng)功耗;可簡化開發(fā)，簡單易用，具有無與倫比的靈活性遷移指南、代碼示例和應用手冊可加速設計。

關于FRAM的低功耗原理，記者從之前對TI相關人士的采訪中簡單地得到了一些，僅供參考。一般的MCU通常用Flash(閃存)存儲代碼，用EEPROM存儲數據，當需要對片上Flash 擦寫時，MCU內部需要專門的升壓電路將電源電壓(通常為3.3 V)升至15 V，才能執(zhí)行Flash擦寫操作，因此，MCU在寫Flash的時候是特別耗電的。FRAM在執(zhí)行擦寫時不需要升壓到15 V，可以直接寫，而且FRAM寫入速度比一般的Flash快了近1 000倍。基于FRAM的上述兩個優(yōu)勢，MCU在寫FRAM時的功耗是MCU寫Flash時功耗的1/250，實現了最低的內存功耗。

MSP430和FRAM兩者對低功耗的完美詮釋，成就了TI今天的“金剛狼”系列，至于是否會逐漸把FRAM推廣到其他MCU，我們也將拭目以待。