EFM32

Los MCU EFM32 Gecko ^[1] son ​​una familia de circuitos integrados de microcontroladores de 32 bits de señal mixta de Energy Micro (ahora Silicon Labs ) basados ​​en CPU ARM Cortex-M ^{[2] , incluidos} Cortex-M0+ , ^[3] Cortex-M3 , ^[4] y Cortex-M4 . ^[5]

Los microcontroladores EFM32 tienen la mayoría de sus funciones disponibles hasta en sus modos de suspensión profunda, con un consumo de corriente inferior a un microamperio, lo que permite un comportamiento autónomo y energéticamente eficiente mientras la CPU está inactiva.

Un ejemplo de un periférico de suspensión profunda en EFM32 es la interfaz de sensor de baja energía (LESENSE), que es capaz de activar y desactivar sensores inductivos , capacitivos y resistivos mientras opera de manera autónoma en modo de suspensión profunda. Otro aspecto de las MCU Gecko es que los periféricos tienen una conexión directa entre sí, lo que les permite comunicarse sin necesidad de que la CPU se active o intervenga. Esta interconexión se conoce como sistema de reflejo periférico (PRS).

La funcionalidad está disponible en los modos de energía de parada y apagado más bajos. El modo de parada incluye comparadores analógicos , temporizadores de vigilancia , contadores de pulsos, enlaces I2C ^e interrupciones externas. En el modo de apagado, con un consumo de corriente de 20 a 100 nA, según el producto, las aplicaciones tienen acceso a GPIO , reinicio, un contador en tiempo real (RTC) y memoria de retención.

La familia EFM32 consta de varias subfamilias, que van desde el EFM32 Zero Gecko ^[6], basado en un ARM Cortex-M0+ ^[3], hasta los EFM32 Giant Gecko ^[7] y Wonder Gecko ^[8] de mayor rendimiento, basados ​​en Cortex-M3 ^[4] y Cortex-M4 ^[5] respectivamente. La tecnología EFM32 también es la base de los EFR32 Wireless Geckos ^{[9] , una cartera de dispositivos de} sistema en chip (SoC) inalámbricos de 2,4 GHz y sub-GHz .

La eficiencia energética de la cartera de MCU EFM32 se debe a operaciones autónomas en modos de suspensión profunda, corrientes bajas de actividad y suspensión y tiempos de activación rápidos. Los dispositivos EFM32 afirman estar construidos para reducir los ciclos de desarrollo al ser compatibles con pines y software , escalables para una amplia gama de requisitos de aplicaciones y compatibles con múltiples plataformas de desarrollo. La cartera inalámbrica Gecko (EFR32) comparte la misma arquitectura de MCU con compatibilidad tanto de software como de hardware (pines/paquete).

En un nivel bajo, la MCU se puede dividir en ocho categorías: el núcleo y la memoria, la gestión del reloj, la gestión de la energía, las interfaces seriales, los puertos de E/S, los temporizadores y los activadores, las interfaces analógicas y los módulos de seguridad.

Las características del MCU incluyen:

• Modos de bajo consumo energético.
• Sistema de reflejo periférico (PRS), un sistema de interconexión periférica con ocho disparadores para manejar la ejecución de tareas sin intervención de la CPU.
• CPU: Serie ARM Cortex-M, desde el Cortex-M0+ hasta el Cortex-M4.
• Frecuencia de reloj: 4 MHz a 48 MHz.
• Relojes de baja frecuencia y frecuencia ultrabaja.
• Reguladores de voltaje internos.
• Memoria Flash: 4 kB a 1024 kB.
• RAM: 2 kB a 128 kB.
• Interfaces digitales en serie: USART, UART de baja energía, I2C y USB.
• El bloque de temporizador y disparadores de la MCU incluye un CRYOTIMER, un contador de pulsos de baja energía (PCNT) ^[10] y un contador de tiempo real de respaldo (RTC).
• Módulos analógicos: ADC, DAC, amplificadores operacionales y comparadores analógicos .
• Motores criptográficos de hardware ^[11] y comprobaciones de redundancia cíclica (CRC).
• Hasta 93 pines de entrada/salida de propósito general (GPIO) .
• Algunas variantes tienen controladores LCD.

Los recursos de diseño y desarrollo incluyen un entorno de desarrollo integrado (IDE) gratuito , herramientas de análisis de rendimiento, herramientas de configuración y utilidades, compiladores y plataformas de desarrollo, pilas de software, código de referencia y ejemplos de diseño, notas de aplicación, videos de capacitación y documentos técnicos .

Silicon Labs Simplicity Studio ^[12] es una plataforma de desarrollo basada en Eclipse , de software libre , con herramientas de configuración gráfica, herramientas de creación de perfiles de energía, herramientas de análisis de redes inalámbricas, demostraciones, ejemplos de software, documentación, soporte técnico y foros comunitarios. También incluye opciones de herramientas de compilación, como GCC para ARM, ^[13] Keil, ^[14] IAR Embedded Workbench, ^[15] y otras herramientas de terceros.

Las herramientas de Simplicity Studio IDE incluyen Advanced Energy Monitor (AEM) y Network Debugger, llamado “Packet Trace”. Advanced Energy Monitor es una herramienta EFM32 que permite a los desarrolladores realizar perfiles de energía mientras se ejecuta su aplicación. También afirma que permite la correlación directa de código para optimizar tanto el hardware como el software. Network Debugger es una herramienta que permite a los desarrolladores utilizar los MCU inalámbricos Gecko para rastrear el tráfico de red y los paquetes en todos los nodos de la red.

EFM32 es compatible con varios sistemas operativos en tiempo real (RTOS) de terceros y bibliotecas de software, controladores y pilas, como los sistemas operativos de microcontroladores (uC/OS) (Micrium), FreeRTOS, GNU Chopstx, embOS (Segger) y mbed OS (ARM). ^[16] En octubre de 2016, Silicon Labs adquirió Micrium. Además de las pilas de middleware críticas para IoT, como TCP/IP, Micrium proporciona un RTOS que permite que los diseños de IoT integrados gestionen tareas en tiempo real.

Los kits de inicio EFM32 están disponibles ^[17] para fines de evaluación y para familiarizarse con la cartera. Cada kit de inicio contiene sensores y periféricos que ayudan a ilustrar las capacidades del dispositivo y sirven como punto de partida para el desarrollo de aplicaciones. El uso del software Simplicity Studio también otorga acceso a la información del kit y la capacidad de programar el kit de inicio con demostraciones y ejemplos de código. La mayoría de los kits de inicio contienen EEPROM con identificaciones de placa para permitir la configuración automática cuando un kit se conecta a Simplicity Studio IDE.

Algunos de los kits EFM32 son compatibles con ARM mbed. ^[18] Estos kits admiten ARM mbed ^[19] de fábrica y son compatibles con las herramientas de desarrollo de Simplicity Studio y los foros de la comunidad.

El kit de inicio EFM32 Giant Gecko, que se muestra a continuación, cuenta con una MCU Giant Gecko con 1024 KB de Flash y 93 GPIO y es una de las últimas ofertas de kits de inicio de la familia EFM32.

Otros kits de inicio EFM32 incluyen :

El EFM32 está diseñado para lograr un alto grado de funcionamiento autónomo en los modos de bajo consumo de energía. Hay varios modos de energía ultrabaja disponibles para ajustar el uso de energía y reducir significativamente el consumo de energía.

Los productos EFM32 pueden mantener el procesamiento con un consumo de energía reducido. En el modo Activo/Ejecutar, el EFM32 tiene un consumo de corriente base de 114 μA/MHz mientras ejecuta código en tiempo real con una velocidad de reloj de 32 MHz a 3 V de potencia. El EFM32 tiene una velocidad de reloj máxima de 48 MHz, lo que limita el consumo total de energía.

El consumo de energía del EFM32 se puede reducir configurando los periféricos conectados. En el modo Activo/Ejecutar, la CPU puede interactuar con todos los periféricos. La interacción con periféricos de alta frecuencia, aquellos que requieren un reloj en el rango de los megahercios, se puede realizar en el modo Activo/Ejecutar y en el modo Suspender. La interacción con periféricos de baja velocidad, aquellos que requieren un reloj de menor velocidad, como 32 kilohercios, se puede realizar en el modo Suspender profundo y en cualquier modo superior. Se puede interactuar con periféricos asincrónicos, aquellos que no requieren un reloj, en el modo Detener y en cualquier modo superior.

Para reducir aún más el consumo de energía, la sincronización de las interacciones del EFM32 se puede agrupar de modo que la CPU se active para interactuar con los periféricos y luego, cuando las interacciones y el procesamiento se hayan completado, el EFM32 se puede poner en uno de los modos de menor energía. Las características de los periféricos autónomos, el sistema de reflejo periférico y LESENSE también se pueden aprovechar para mantener el EFM32 en modos de menor energía.

• La función de periféricos autónomos garantiza que los dispositivos periféricos puedan funcionar sin activar la CPU. Esta función proporciona compatibilidad con acceso directo a memoria (DMA) con hasta 16 canales, según el EFM32.
• El sistema de reflejo periférico se puede configurar para trabajar con los periféricos autónomos ejecutando tareas sin intervención de la CPU.
• LESENSE es una función del EFM32 que permite que el MCU monitoree hasta 16 sensores en modo de suspensión profunda. El EFM32 puede realizar detección resistiva, detección capacitiva y detección inductiva en este modo.

Cuando sea necesario, el EFM32 puede salir del modo de suspensión profunda y activar la CPU en menos de dos microsegundos.

Aplicaciones de detección de ADC ^[20] (temperatura): en una demostración con el MCU Wonder Gecko y un termistor de temperatura estándar, configurar el ADC para que muestree el termistor cada segundo (a una frecuencia de 1 Hz) equivale a una corriente promedio de 1,3 μA. Esto equivaldría a una batería de botón CR2032 de 220 mA-h que duraría cerca de 20 años. Esta misma aplicación podría implementarse con LESENSE y umbrales preestablecidos, en lugar de usar muestras de ADC con intervalos de tiempo regulares. En el caso de LESENSE y activadores irregulares, una frecuencia de activación de umbral de 1 Hz permitiría que el EFM32 permanezca en un modo de baja energía a menos que la lectura del sensor cruce un umbral preestablecido.

Contador de pulsos de baja energía para metrología: con el contador de pulsos de baja energía, el EFM32 también se puede utilizar en aplicaciones de detección (pulsada). Por ejemplo, con un sensor de efecto Hall magnético , el EFM32 puede convertir la posición de rotación en velocidad cuantificada o caudal. Esta es una situación común en la medición de caudal de agua o calor. El EFM32 se puede utilizar en modo de parada (EM3) para contar pulsos y calcular el caudal. El consumo de energía de funcionamiento en este estado puede ser tan bajo como 650 nA (3 V CC).

La familia de microcontroladores EFM32 es uno de los dos productos de Energy Micro . El otro son las radios SoC Draco EFR4D.

• En abril de 2008, Energy Micro anunció que había obtenido la licencia del núcleo ARM Cortex-M3. ^[21]
• En octubre de 2009, Energy Micro anunció la familia de MCU EFM32 Gecko (serie EFM32G) basada en Cortex-M3. ^[22]
• En diciembre de 2009, Energy Micro anunció un kit de desarrollo para su familia de MCU EFM32 Gecko.
• En febrero de 2010, Energy Micro anunció el lanzamiento de los MCU EFM32 Tiny Gecko.
• En marzo de 2010, Energy Micro anunció la familia de MCU EFM32 Tiny Gecko (serie EFM32TG) basada en Cortex-M3.
• En marzo de 2010, Energy Micro anunció el kit de inicio EFM32 Gecko de bajo costo.
• En julio de 2010, Energy Micro anunció la familia de MCU EFM32 Giant Gecko (serie EFM32GG) basada en Cortex-M3 para aplicaciones con uso intensivo de memoria.
• En noviembre de 2010, Energy Micro anunció la suite de desarrollo Simplicity Studio.
• En marzo de 2011, Energy Micro anunció la familia de MCU EFM32 Zero Gecko (serie EFM32ZG) basada en Cortex-M0+ para aplicaciones de bajo costo.
• En septiembre de 2011, Energy Micro anunció la familia de MCU EFM32 Leopard Gecko (serie EFM32LG) basada en Cortex-M3.
• En abril de 2013, Energy Micro anunció la familia de MCU EFM32 Wonder Gecko (serie EFM32WG) basada en ARM Cortex-M4F.
• En junio de 2013, Silicon Labs anunció su intención de adquirir Energy Micro. ^[23]
• En julio de 2013, Silicon Labs completó la adquisición de Energy Micro. ^[24]

El compilador Gecko mbed está disponible en: https://developer.mbed.org/compiler/#nav:/;

• Arquitectura ARM , Lista de núcleos de microprocesadores ARM , ARM Cortex-M
• Microcontrolador , Lista de microcontroladores comunes
• Sistema integrado , microcontrolador de placa única
• Interrupción , Controlador de interrupciones , Comparación de sistemas operativos en tiempo real
• JTAG , SWD

Documentos oficiales del EFM32

• Sitio web oficial de EFM32
• Notas de aplicación de EFM32
• Foro de desarrolladores de EFM32 Archivado el 21 de octubre de 2017 en Wayback Machine .

Documentos oficiales de ARM

Vídeos del kit de inicio EFM32

• Simplicidad multiprotocolo Gecko inalámbrico de Silicon Labs
• Wireless Gecko: Introducción a las herramientas de desarrollo de hardware EFR32
• Kit de inicio EFM32 Gecko Cortex-M3 de Silicon Labs
• Wireless Gecko: prácticas de diseño de sub-GHz de Silicon Labs
• Uso de la herramienta BG para realizar pruebas de RF
• Familia de dispositivos inalámbricos Gecko de Silicon Labs | Digi-Key Daily

Vídeos de formación sobre EFM32

• IDE de Simplicity Studio
• Mastering Simplicity Studio: incluye el generador de perfiles de energía
• Mastering Simplicity Studio - Configurador
• Mastering Simplicity Studio: Analizador de redes
• Mastering Simplicity Studio: generador de aplicaciones

Blog de EFM32

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