EFM32

EFM32 Gecko MCU [ 1 ]は、 Energy Micro（現Silicon Labs）のARM Cortex-M [ 2 ] CPUをベースにしたミックスドシグナル32ビットマイクロコントローラ集積回路ファミリーであり、 Cortex-M0+、[ 3 ] Cortex-M3、[ 4 ] Cortex-M4が含まれています。[ 5 ]

概要

EFM32 マイクロコントローラは、ディープ スリープ モードでも機能の大部分をマイクロアンペア未満の電流消費で利用できるため、CPU がスリープ状態の間、エネルギー効率が高く、自律的な動作が可能になります。

EFM32のディープスリープペリフェラルの一例としては、低エネルギーセンサーインターフェース（LESENSE）が挙げられます。このインターフェースは、ディープスリープモードで自律的に動作しながら、誘導性センサー、静電容量センサー、抵抗性センサーのデューティサイクル制御が可能です。Gecko MCUのもう一つの特徴は、ペリフェラルが互いに直接接続されているため、CPUのウェイクアップや介入なしに通信できることです。この相互接続は、ペリフェラルリフレックスシステム（PRS）と呼ばれています。

機能は、低消費電力のストップモードとシャットオフモードで利用可能です。ストップモードでは、アナログコンパレータ、ウォッチドッグタイマー、パルスカウンタ、I2Cリンク、外部割り込みが利用可能です。シャットオフモードでは、製品に応じて消費電流が20～100nAで、アプリケーションはGPIO、リセット、リアルタイムカウンタ（RTC）、およびリテンションメモリにアクセスできます。

EFM32ファミリーは、ARM Cortex-M0+ [ 3 ]をベースにしたEFM32 Zero Gecko [ 6 ]から、それぞれCortex-M3 [ 4 ]とCortex-M4 [ 5 ]をベースにしたより高性能なEFM32 Giant Gecko [ 7 ]とWonder Gecko [ 8 ]まで、いくつかのサブファミリーで構成されています。EFM32テクノロジーは、サブGHzおよび2.4GHzワイヤレスシステムオンチップ（SoC）デバイスのポートフォリオであるEFR32 Wireless Gecko [ 9 ]の基盤でもあります。

製品ファミリー

家族コア速度（MHz）フラッシュメモリ（kB）RAM (kB)USB液晶コミュニケーションパッケージ静電容量式感知
ゼロゲッコーARM Cortex M0+244,8,16,322,4いいえいいえI2C、I2S、SPI、UART、USARTQFN 24、QFN32、QFP48緩和振動子
幸せなヤモリARM Cortex M0+2532,644,8いいえ、はいいいえI2C、I2S、SPI、UART、USARTCSP36、QFN24、QFN32、QFP48緩和振動子
小さなヤモリARM コーテックス M3324,8,16,322,4いいえはいI2C、I2S、SPI、UART、USARTBGA48、QFN24、QFN32、QFN64、QFP48、QFP64緩和振動子
ヤモリARM コーテックス M33216,32,64,1288,16いいえはいI2C、SPI、UART、USARTBGA112、QFN32、QFN64、QFP100、QFP48、QFP64緩和振動子
ジェイドゲッコーARM コーテックス M3401億2825万6102432,256いいえいいえI2C、I2S、SPI、UART、USARTQFN32、QFN48、BGA125デジタルへの静電容量
ヒョウモントカゲモドキARM コーテックス M34864,128,25632はいはいI2C、I2S、SPI、UART、USARTBGA112、BGA120、CSP81、QFN64、QFP100、QFP64緩和振動子
巨大ヤモリARM コーテックス M348512,1024128はいはいI2C、I2S、SPI、UART、USARTBGA112、BGA120、QFN64、QFP100、QFP64緩和振動子
パールゲッコーARM コーテックス M4401億2825万6102432,256いいえいいえI2C、I2S、SPI、UART、USARTQFN32、QFN48、BGA125デジタルへの静電容量
ワンダーゲッコーARM コーテックス M44864,128,25632はいはいI2C、I2S、SPI、UART、USARTBGA112、BGA120、CSP81、QFN64、QFP100、QFP64緩和振動子
シルシオンラボのEFM32

主な特性

EFM32 MCUポートフォリオのエネルギー効率は、ディープスリープモードでの自律動作、低いアクティブ電流とスリープ電流、そして高速ウェイクアップ時間によって実現されています。EFM32デバイスは、ピンとソフトウェアの互換性、幅広いアプリケーション要件への拡張性、そして複数の開発プラットフォームとの互換性を備え、開発サイクルを短縮するように設計されているとされています。ワイヤレスGeckoポートフォリオ（EFR32）は、ソフトウェアとハ​​ードウェア（ピン/パッケージ）の両方で互換性のある同じMCUアーキテクチャを共有しています。

特徴

低レベルでは、MCU は、コアとメモリ、クロック管理、エネルギー管理、シリアル インターフェイス、I/O ポート、タイマーとトリガー、アナログ インターフェイス、セキュリティ モジュールの 8 つのカテゴリに分類できます。

MCU の機能は次のとおりです。

  • 低エネルギーモード。
  • Peripheral Reflex System (PRS) は、CPU の介入なしにタスク実行を処理する 8 つのトリガーを備えた周辺相互接続システムです。
  • CPU: ARM Cortex-M シリーズ (Cortex-M0+ から Cortex-M4 まで)。
  • クロックレート: 4 MHz ～ 48 MHz。
  • 低周波および超低周波クロック。
  • 内部電圧レギュレータ。
  • フラッシュメモリ: 4 kB ～ 1024 kB。
  • RAM: 2 kB ～ 128 kB。
  • シリアル デジタル インターフェイス: USART、低エネルギー UART、I2C、および USB。
  • MCUのタイマーとトリガーブロックには、CRYOTIMER、[ 10 ]低エネルギーパルスカウンター（PCNT）、およびバックアップリアルタイムカウンター（RTC）が含まれています。
  • アナログ モジュール: ADC、DAC、オペアンプ、アナログ コンパレータ。
  • ハードウェア暗号化エンジン[ 11 ]と巡回冗長検査(CRC)。
  • 最大 93 個の汎用入出力 (GPIO)ピン。
  • 一部のバリアントには LCD コントローラーが搭載されています。

設計および開発リソース

設計および開発リソースには、フリーウェアの統合開発環境 (IDE)、パフォーマンス分析ツール、構成ツールとユーティリティ、コンパイラと開発プラットフォーム、ソフトウェア スタック、リファレンス コードと設計例、アプリケーション ノート、トレーニング ビデオ、ホワイト ペーパーが含まれます。

Silicon Labs Simplicity Studio [ 12 ]は、 Eclipseベースのフリーウェア開発プラットフォームで、グラフィカルな設定ツール、エネルギープロファイリングツール、無線ネットワーク解析ツール、デモ、ソフトウェアサンプル、ドキュメント、技術サポート、コミュニティフォーラムなどが含まれています。また、ARM用GCC [ 13 ]、Keil [ 14 ]、IAR Embedded Workbench [ 15 ]、その他のサードパーティ製ツールなどのコンパイラツールオプションも含まれています。

Simplicity Studio IDEに含まれるツールには、Advanced Energy Monitor (AEM) と「Packet Trace」と呼ばれるネットワークデバッガーが含まれています。Advanced Energy MonitorはEFM32ツールであり、開発者はアプリケーション実行中にエネルギープロファイリングを行うことができます。また、コード間の直接的な相関関係を構築することで、ハードウェアとソフトウェアの両方を最適化できるとされています。ネットワークデバッガーは、開発者がワイヤレスGecko MCUを使用して、ネットワーク上のノード全体のネットワークトラフィックとパケットをトレースできるツールです。

EFM32は、Micriumのマイクロコントローラオペレーティングシステム（uC/OS）、FreeRTOS、GNU Chopstx、embOS（Segger）、mbed OS（ARM）など、複数のサードパーティ製リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）とソフトウェアライブラリ、ドライバ、スタックによってサポートされています。 [ 16 ] 2016年10月、Silicon LabsはMicriumを買収しました。TCP/IPなどのIoTに不可欠なミドルウェアスタックに加えて、Micriumは組み込みIoT設計においてリアルタイムのタスク管理を可能にするRTOSを提供しています。

はじめる

EFM32スターターキットは、評価目的やポートフォリオの理解を深めるために提供されています[ 17 ]。各スターターキットには、デバイスの機能を説明するのに役立つセンサーと周辺機器が含まれており、アプリケーション開発の出発点としても役立ちます。Simplicity Studioソフトウェアを使用すると、キット情報にアクセスし、デモやコード例を使用してスターターキットをプログラムすることもできます。ほとんどのスターターキットには、ボードIDが記録されたEEPROMが搭載されており、キットをSimplicity Studio IDEに接続すると自動的にセットアップされます。

一部のEFM32キットはARM mbed対応です。[ 18 ]これらのキットはARM mbed [ 19 ]をすぐにサポートしており、Simplicity Studio開発ツールやコミュニティフォーラムでもサポートされています。

以下に示す EFM32 Giant Gecko スターター キットは、1024KB のフラッシュと 93 個の GPIO を備えた Giant Gecko MCU を搭載し、EFM32 ファミリの最新のスターター キットの 1 つです。

EFM32 ジャイアントゲッコー スターターキット
EFM32 ジャイアントゲッコー スターターキット
ハッピーゲッコーSTK

その他の EFM32 スターター キットには次のものがあります:

スターターキット（STK）部品番号STKの主な機能LCDタイプバッテリー電源オプション
Pearl Gecko STK (Jade Gecko MCU でも使用)SLSTK3401AUSB J-Link デバッガ、相対湿度および温度センサー、2 つのユーザー ボタンメモリLCDはい
ワンダーゲッコーSTKEFM32WG-STK3800USB J-Link デバッガ、32 MB フラッシュ、20 ピン拡張ヘッダー、周囲光センサー、LC 金属センサー、2 つのユーザー ボタン160セグメントLCDはい
巨大ヤモリSTKEFM32GG-STK3700USB J-Link デバッガ、32 MB フラッシュ、20 ピン拡張ヘッダー、周囲光センサー、LC 金属センサー、2 つのユーザー ボタン160セグメントLCDはい
ヒョウモントカゲモドキ STKEFM32LG-STK3600USB J-Link デバッガ、32 MB フラッシュ、20 ピン拡張ヘッダー、周囲光センサー、LC 金属センサー、2 つのユーザー ボタン160セグメントLCDはい
ゲッコーSTKEFM32-G8XX-STKUSB J-Link デバッガ、20 ピン拡張ヘッダー、2 つのユーザー ボタン、キャップ タッチ スライダー4x40 液晶はい
タイニーゲッコーSTKEFM32TG-STK3300USB J-Link デバッガ、LESENSE デモ対応、光、LC、タッチ センサー、2 つのユーザー ボタン8x20 液晶はい
ハッピーゲッコーSTKSLSTK3400AUSB J-Link デバッガ、20 ピン拡張ヘッダー、相対湿度および光センサー、2 つのユーザー ボタンと 2 つのタッチ ボタン128x128ピクセルのメモリLCDはい
ゼロゲッコーSTKEFM32ZG-STK3200USB J-Link デバッガ、20 ピン拡張ヘッダー、2 つのユーザー ボタン、2 つのキャップ タッチ パッド超低消費電力128x128ピクセルメモリLCDはい

エネルギーモード

EFM32は、低エネルギーモードにおいて高度な自律動作を実現するように設計されています。複数の超低エネルギーモードが用意されており、エネルギー使用量を調整して消費電力を大幅に削減できます。

エネルギーモード州の指定特徴消費電力
アクティブ/実行EM0ARM Cortex-M CPUはフラッシュまたはRAMから命令をフェッチして実行し、すべての低消費電力ペリフェラルを有効化できます。EFM32は、このモードからいずれかの低消費電力モードに迅速に移行し、CPUとフラッシュメモリを効果的に停止させることができます。ウェイクアップ後、すべての低消費電力モードは2μs以内にこのモードに戻るため、必要に応じて低消費電力モードに移行し、32ビットパフォーマンスに戻ることが容易です。114 μA/MHz
寝るEM1CPUへのクロック供給を停止することで、低消費電力の周辺機器（フラッシュメモリやRAMを含む）の機能を維持しながら、動作に必要な電力を効果的に削減します。ペリフェラルリフレックスシステム（PRS）とDMAを使用することで、システムはCPUの介入なしに周辺機器のデータを収集・出力できます。この自律的な動作により、システムは長時間このモードを維持できるため、バッテリー駆動時間を延ばすことができます。さらに、低リークRAMにより、完全なデータ保持が保証されます。48 μA/MHz
深い眠りEM2EFM32 MCUは、消費電力を抑えながら高度な自律動作を実現します。このモードでは高周波発振器はオフになりますが、低消費電力ペリフェラル用に32kHz発振器とリアルタイムクロックが利用可能です。このモードではARM Cortex-M CPUは動作していないため、MCUはスリープモードで高度な動作を実行します。ペリフェラルは、モジュールとメモリのインテリジェントな相互接続により自律的に動作し、EM0へのウェイクアップ時間はわずか2μsです。また、低リークRAMにより、このモードでも完全なデータ保持が保証されます。0.9μA
停止EM3このモードでは、EFM32の消費電力を調整し、非常に短いウェイクアップ時間を維持し、外部割り込みに応答します。このモードでは、低周波発振器は無効になりますが、低リークRAMによって完全なデータ保持が保証され、低消費電力アナログコンパレータまたは非同期外部割り込みによってデバイスをウェイクアップできます。0.5μA
遮断EM4この最も強力なエネルギーモードでは、EFM32 MCUは完全にシャットダウンされ、リセットによってのみウェイクアップできます。このエネルギーモードは、RTCやRAMの保持を必要としないアプリケーションでさらなる省電力を実現します。このモードは、パワーオンリセットや外部割り込みなど、一部の低消費電力ペリフェラルで利用可能です。20nA

コア技術

EFM32製品は、消費電力を抑えながら処理を継続できます。アクティブ/ランモードでは、3V電源で32MHzのクロック速度でリアルタイムコードを実行した場合、EFM32の基本消費電流は114μA/MHzです。EFM32の最大クロック速度は48MHzで、これにより総消費電力が制限されます。

EFM32の消費電力は、接続された周辺機器の設定によって削減できます。アクティブ/ランモードでは、CPUはすべての周辺機器と通信できます。メガヘルツ単位のクロックを必要とする高周波周辺機器との通信は、アクティブ/ランモードとスリープモードで行うことができます。32キロヘルツなどの低速クロックを必要とする低速周辺機器との通信は、ディープスリープモードおよびそれ以上のモードで行うことができます。クロックを必要としない非同期周辺機器との通信は、ストップモードおよびそれ以上のモードで行うことができます。

消費電力をさらに削減するために、EFM32のインタラクションのタイミングをグループ化し、CPUをウェイクアップさせてペリフェラルとインタラクションを行い、インタラクションと処理が完了すると、EFM32を低消費電力モードのいずれかに切り替えることができます。また、自律ペリフェラル、ペリフェラルリフレックスシステム、LESENSEなどの機能を利用して、EFM32を低消費電力モードに維持することも可能です。

  • 自律ペリフェラル機能により、CPUを起動することなく周辺機器が動作できるようになります。この機能は、EFM32に応じて最大16チャネルのダイレクトメモリアクセス（DMA）をサポートします。
  • Peripheral Reflex システムは、CPU の介入なしにタスクを実行することにより、自律周辺装置と連携するように構成できます。
  • LESENSEは、MCUがディープスリープモードで最大16個のセンサーを監視できるようにするEFM32の機能です。EFM32はこのモードで、抵抗性センシング、静電容量性センシング、誘導性センシングを実行できます。

必要に応じて、EFM32 はディープ スリープ モードから起動し、2 マイクロ秒未満で CPU を起動できます。

低エネルギーGecko技術の応用例

ADCセンシングアプリケーション[ 20 ]（温度）： Wonder Gecko MCUと標準温度サーミスタを使用したデモでは、サーミスタを1秒ごとに（1 Hzのレートで）サンプリングするようにADCを設定すると、平均電流は1.3 μAになります。これは、220 mA時間のCR2032コイン型電池が約20年持続することに相当します。この同じアプリケーションは、一定の時間間隔でADCサンプルを使用する代わりに、LESENSEとプリセットしきい値を使用して実装できます。LESENSEと不規則なトリガーの場合、しきい値トリガーレートが1 Hzであれば、センサーの読み取り値がプリセットしきい値を超えない限り、EFM32は低エネルギーモードを維持できます。

計測用低消費電力パルスカウンタ：低消費電力パルスカウンタを使用することで、EFM32は（パルス）センシングアプリケーションにも使用できます。例えば、磁気ホール効果センサと組み合わせることで、EFM32は回転位置を定量化された速度または流量に変換できます。これは、水や熱の流量計測において一般的な用途です。EFM32は停止モード（EM3）でパルスをカウントし、流量を計算できます。この状態での動作消費電力は、650nA（3Vdc）と低くなります。

歴史

EFM32マイクロコントローラファミリーは、Energy Microの2つの製品のうちの1つです。もう1つはEFR4D Draco SoC無線です。

  • 2008年4月、Energy MicroはARM Cortex-M3コアのライセンスを取得したと発表した。[ 21 ]
  • 2009年10月、Energy MicroはCortex-M3をベースにしたEFM32 Gecko MCUファミリー（EFM32Gシリーズ）を発表しました。[ 22 ]
  • 2009 年 12 月、Energy Micro は EFM32 Gecko MCU ファミリの開発キットを発表しました。
  • 2010 年 2 月、Energy Micro は EFM32 Tiny Gecko MCU を発表したと発表しました。
  • 2010 年 3 月、Energy Micro は Cortex-M3 をベースにした EFM32 Tiny Gecko MCU ファミリ (EFM32TG シリーズ) を発表しました。
  • 2010 年 3 月、Energy Micro は低価格の EFM32 Gecko スターター キットを発表しました。
  • 2010 年 7 月、Energy Micro は、メモリを大量に消費するアプリケーション向けに Cortex-M3 をベースにした EFM32 Giant Gecko MCU ファミリ (EFM32GG シリーズ) を発表しました。
  • 2010 年 11 月、Energy Micro は Simplicity Studio 開発スイートを発表しました。
  • 2011 年 3 月、Energy Micro は低コスト アプリケーション向けに Cortex-M0+ をベースにした EFM32 Zero Gecko MCU ファミリ (EFM32ZG シリーズ) を発表しました。
  • 2011 年 9 月、Energy Micro は Cortex-M3 をベースにした EFM32 Leopard Gecko MCU ファミリ (EFM32LG シリーズ) を発表しました。
  • 2013 年 4 月、Energy Micro は ARM Cortex-M4F をベースにした EFM32 Wonder Gecko MCU ファミリ (EFM32WG シリーズ) を発表しました。
  • 2013年6月、シリコンラボはエナジーマイクロを買収する意向を発表した。[ 23 ]
  • 2013年7月、シリコンラボはエナジーマイクロの買収を完了した。[ 24 ]

開発ツール

Gecko mbed コンパイラは、https://developer.mbed.org/compiler/#nav :/ から入手できます。

参照

参考文献

  1. ^ "32ビットMCU" . www.silabs.com . 2015年2月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  2. ^ 「マイクロプロセッサ コアとテクノロジー – Arm®」。
  3. ^ a b「Cortex-M0+」。
  4. ^ a b「Cortex-M3」。
  5. ^ a b「Cortex-M4」。
  6. ^ 「最小の 32 ビット ARM Cortex M0 マイクロコントローラ - Silicon Labs」。
  7. ^ 「EFM32 32 ビット マイクロコントローラ - 低消費電力 MCU - Silicon Labs」。
  8. ^ 「EFM32 32ビット ARM Cortex M4マイクロコントローラ - Silicon Labs」。
  9. ^ 「マルチプロトコルワイヤレス接続 - Silicon Labs」。
  10. ^ “EFM32 Pearl Gecko 12 ソフトウェア ドキュメント” . 2017年3月9日. 2020年11月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  11. ^ “EFM32 シリーズ 1 暗号モジュール” . 2021年7月9日. 2021年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  12. ^ 「Simplicity Studio - Silicon Labs」。
  13. ^ 「GNU ツールチェーン | GNU Arm 組み込みツールチェーン」。
  14. ^ 「MDK バージョン 5」。
  15. ^ 「製品」 . 2020年11月27日.
  16. ^ 「Mbed OS | Mbed」。
  17. ^ 「開発ツール - Silicon Labs」。
  18. ^ 「Silicon Labs | Mbed」。
  19. ^ 「Mbed、mbed OS、EFM32 - Silicon Labs」。
  20. ^ Loe, Øivind (2016年6月6日). 「エネルギー予算内でIoTを管理する」 . New-TechEurope. 2016年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  21. ^ 「ニュース – Arm®」。
  22. ^ “Silicon labs” . 2013年6月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年6月7日閲覧。
  23. ^ 「Silicon Labs、低消費電力ARM Cortexベースマイクロコントローラおよび無線のリーダーであるEnergy Microを買収 | ニュースとプレスリリース | Silicon Labs」。2013年6月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年6月7日閲覧。
  24. ^ 「Silicon Labs、Energy Microの買収を完了 | ニュースとプレスリリース | Silicon Labs」。2016年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年12月1日閲覧。
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