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微博爱特梅尔刚刚发布了一款新型爱特梅尔|基于SMART ARM的微控制器。虽然与Cortex M0+内核的性能相当，但是SAM L21还具备一些超低功耗特征。在采用极低功耗的同时，微控制器甚至可以用于按钮、滑块和车轮控制应用的触摸感应。其中一个关键构成是在芯片内部，有五个不同的电源域。包括爱特梅尔公司的芯片在内的大多数低功耗ARM芯片都只是简单地中断不同区域的时钟。而SAM L21则关闭这些区域的电源，从而防止该区域成千上万的晶体管泄露电流。
即使在无电力循环的情况下，这一数字也是十分惊人的。与工作电流为103uA/MHz的SAM D20相比，SAM L21的工作电流不到它的一半，即40uA/MHz。就在完全休眠模式下实时时钟的静态功耗而言，SAM L21效率是SAM D2的4倍，采用0.9uA的工作电流，而非3.8uA。
目前，该芯片正在根据ULPBench性能指标接受评估。早期测试表明，SAM L21的功耗低于任何竞争者的M0+级芯片。
现在，了解了功率消耗并非微不足道的规范后，你还必须认识到“功率消耗取决于‘功率’一词的真正含义”。我的朋友Dave Mathis目前正在开发一个传感器监控系统，这个系统99.99%的时间都处于休眠状态，每天启动一次进行测量，并将测量结果无线传输给主机。因为你想要低静态功耗设备。在了解SAM L21之前，你应先看一看我们的AVR 8-bit XMEGA部件。对于该应用而言，重要的一点是静态功耗，即构成CMOS门的晶体管真正泄露的电流。XMEGA不仅比其它ARM部件的晶体管少，而且以更大的工艺尺寸制造，从而导致较少的电流泄露。
SAM L21真正的变革性在于：它提供32位性能，却能够在关闭芯片中不需要的区域的电源后，确保这些区域没有电流泄露。XMEGA在静态功耗方面仍然优于其它部件，完全休眠模式下仅泄露100nA的电流，但却仍然只是提供8位性能的芯片。然而，如果想要使用具备TCP/IP协议栈的物联网，或者需要进行一些数字运算时，你需要一个ARM级32位芯片，而SAM L21正是这种芯片。
杰出的应用工程师Bob Martin给我讲解了为什们利用一个更耗电的芯片能够节省整机功率。他解释道，这与传感器集线中枢有关。多数集线器都包含一个惯性测量单元(IMU)、一个3轴加速计以及一个磁力计。当前，多数集线器都具备串行外设接口(SPI)，因此你可以利用8位的AVR芯片轻松读取它们。爱特梅尔制造了内置有TCP/IP协议栈的ATWINC1500无线电芯片，因此AVR芯片可以与之通信，并将数据传至室外，直达互联网。但却认识到无线电芯片所采取的方式比微控制器、甚至快速的大型控制器更加费电。无线电芯片需要电力传输，这意味着在传输过程中需要耗费数毫安的电流。传感器集线中枢就是如此节省电力的。ARM芯片并不采用无线电芯片传送每个传感器的数据，而是进行运算和预处理来整合三个传感器的原始数据，进而以大量显示其空间位置的简单数据表示结果。之后，无线电芯片只能传送更少的数据。通过使用一个更加强大的微控制器，缩短了无线电芯片的开机时间，因而节省了整机功率。
我任职于谷歌的朋友告诉我，他的一个同事在AVR上安装了Linux操作系统。他发誓称，该操作系统甚至有一个文件系统，并且需要花费几个小时的时间启动到图形用户界面(GUI)。这是另一个令人棘手的功率权衡。如果你需要花费很长一段时间等待一个小芯片启动，还不如用一个32位的ARM芯片会更好，该芯片可以启动、工作并再次回到睡眠状态。这一点同样适用于你的外围芯片。模拟应用工程师Nick Gray指出，如果你只是偶尔读取的话，你的设计中可能不需要最低功耗的ADC(模拟数字转换器)芯片。此时，你真正关心的是芯片启动和获得良好数据的速度。如果一个响应快速的大电流芯片启动速度快十倍，而耗电量却大两倍，那么它仍将比低速芯片耗费的能量少，充电次数也明显降低。
与Windows或web程序员相比，固件工程师需要对硬件更加熟悉。我的朋友Wayne Yamaguchi在一节微小的1220纽扣电池上制造了一个LED闪光器，该闪光器可持续使用半年之久。你可以花费128美元买这些闪光袖扣，但其电池却只能持续24小时。Wayne所做的是将AVRtiny10从主动模式中去除，并采用实时时钟启动。因此，他的闪光器的持续时间比其它闪光器长182倍。而且，Wayne拥有电子工程学位，曾任职于惠普/安捷伦。他研究了爱特梅尔的数据表，并结合他的编程技巧真正对这些数据表进行了充分的利用。
Wayne Yamaguchi展示利用SOT-6封装的、采用了ATtiny10的闪光板。 这一闪光板在一节1220纽扣电池上运行了6个月。
这就是SAM L21的魅力所在。如果你和我一样是名硬件工作人员，你会知道将电力循环至CMOS芯片可能导致封锁和其它问题。因此，像L21一样关闭芯片的几个区域，而非仅仅中断时钟，是很难做到的。爱特梅尔工程师尽其所能排除万难，以确保不会出现任何问题或者封锁，并提供监管逻辑，以便在进行触摸感应时所有电力都自动循环。我相信，就针对电池供电且需要处理能力以用于物联网应用的小装置进行触摸感应而言，没有比这个芯片更好的了。
要知道，没有简单的数字，或者基准能够告诉你某个特定的应用设备的功耗。我最近浏览了一篇社论博文，但我现在找不到了，博文中作者写道，希望某个人能够从所有的制造商处获得所有的微控制器，并“找到功耗最低的一个微控制器”。然而，这一想法是不可能实现的，且我们预计这是老板们的简单思维，而非研究工程师们。没有任何一个数字和芯片可以简单地被称为“功耗最低”。这完全取决于你利用芯片以及为之所编写的固件来做什么。我的朋友Harry Holt是Analog Devices公司的应用工程师。他是一个运算放大器专家，而这些运算放大器有30或40种不同的规范。他经常告诉工程设计的“初学者”一句伟大的言论。他说：“对于一个运算放大器而言，只有三个规范至关重要。”此时，Harry的听众会立即兴奋起来，并说道：“是什么?告诉我，这三个规范是什么?”然后Harry微笑着答道：“这取决于你的应用。”