การใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์พลังงานต่ำเพื่อลดความซับซ้อนในการออกแบบ IoT ด้านการดูแลสุขภาพและอุตสาหกรรม
Contributed By DigiKey's North American Editors
2024-10-10
นักพัฒนาการออกแบบพลังงานต่ำสำหรับอุตสาหกรรม การดูแลสุขภาพ และ Internet of Things (IoT) ที่หลากหลาย ต้องเผชิญกับความต้องการอย่างต่อเนื่องสำหรับโซลูชันที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งมีฟังก์ชันมากมายโดยไม่กระทบต่อพลังงานที่มีจำกัด เมื่อการพัฒนาดำเนินไป บ่อยครั้งที่มีความเสี่ยงที่จะเกินขีดจำกัดพลังงานสูงสุดเพื่อตอบสนองความต้องการการทำงานเฉพาะทาง
บทความนี้แสดงให้เห็นว่ากลุ่มผลิตภัณฑ์ไมโครคอนโทรลเลอร์พลังงานต่ำพิเศษของ Analog Devices สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้
ตอบสนองความต้องการของการใช้งานเฉพาะ
นักออกแบบจะต้องตอบสนองความต้องการหลักด้านประสิทธิภาพสูงและการใช้พลังงานต่ำเพื่อตอบสนองต่อความคาดหวังของลูกค้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การดูแลสุขภาพ อุตสาหกรรม และ IoT ความต้องการหลักเหล่านี้มักมีอิทธิพลเหนือการตัดสินใจออกแบบและชี้นำการพัฒนาแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่คล้ายคลึงกัน ผลลัพธ์คือ นักออกแบบสามารถนำประสบการณ์ด้านการออกแบบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ได้รับในการใช้งานหนึ่งไปปรับใช้เพื่อตอบสนองความต้องการพื้นฐานของอีกการใช้งานหนึ่งได้อย่างรวดเร็ว
ด้วยความต้องการผลิตภัณฑ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นเหล่านี้เพิ่มขึ้น ทำให้ผู้ออกแบบต้องเผชิญกับความท้าทายมากขึ้นในการตอบสนองความต้องการเฉพาะของการใช้งานเฉพาะทางโดยไม่ต้องเสียความสามารถในการตอบสนองความต้องการหลัก ซึ่งกลุ่มการใช้งานเริ่มมีความแตกต่างอย่างชัดเจน โดยมีความต้องการด้านการเชื่อมต่อ ความปลอดภัย และปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่เป็นเอกลักษณ์
จากความต้องการการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ แนวคิดของแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ทั่วไปจึงได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อให้ผู้ออกแบบสามารถตอบสนองข้อกำหนดหลักสำหรับประสิทธิภาพสูงและพลังงานต่ำในขณะที่ต้องอาศัยชุดโปรเซสเซอร์ที่คุ้นเคยซึ่งเสริมด้วยความสามารถเฉพาะทาง
พื้นฐานโปรเซสเซอร์ที่ออกแบบมาเพื่อความสามารถเฉพาะทาง
เมื่อใช้ Arm® Cortex®-M4 พลังงานต่ำเป็นพิเศษที่มีหน่วยคำนวณทศนิยม (FPU) ซึ่งเป็นสมาชิกในกลุ่มผลิตภัณฑ์ไมโครคอนโทรลเลอร์พลังงานต่ำพิเศษของ Analog Devices จะช่วยให้ผู้ออกแบบมีแพลตฟอร์มที่คุ้นเคย สามารถตอบสนองความต้องการด้านพลังงานและประสิทธิภาพหลักได้
เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะตัวของพื้นที่การใช้งานที่แตกต่างกัน Analog Devices จึงปรับแต่งพื้นฐานนี้ด้วยความสามารถเฉพาะทางในสมาชิกสี่กลุ่ม ได้แก่:
- MAX32655 มุ่งเป้าไปที่การใช้งานที่ต้องการการเชื่อมต่อ Bluetooth Low Energy (BLE) และอายุแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น พร้อมทั้งมีหน่วยความจำและประสิทธิภาพที่เพียงพอ
- MAX32690 กำหนดเป้าหมายไปที่การใช้งานที่ต้องการ BLE ประสิทธิภาพที่แข็งแกร่ง และหน่วยความจำจำนวนมาก
- MAX32675C มุ่งเน้นไปที่การใช้งานที่มีข้อกำหนดสัญญาณผสมที่จำเป็นสำหรับเซ็นเซอร์ทางอุตสาหกรรมและการแพทย์
- MAX78000 ตอบสนองความต้องการอุปกรณ์ระดับเอดจ์อัจฉริยะที่เกิดขึ้นใหม่
การระบุตำแหน่งการเชื่อมต่อ
ไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32655 ของ Analog Devices ผสานรวม Arm Cortex-M4 ความเร็ว 100 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) เข้ากับ FPU, แฟลช 512 กิโลไบต์ (Kbytes) หน่วยความจำแบบสุ่มเข้าถึงคงที่ (SRAM) 128 กิโลไบต์ และแคชคำสั่ง 16 กิโลไบต์ เพื่อให้เกิดการผสมผสานที่มีประสิทธิภาพของประสิทธิภาพโปรเซสเซอร์และการจัดเก็บหน่วยความจำที่จำเป็นในการใช้งานพลังงานต่ำทั่วไป นอกเหนือจากระบบย่อยการประมวลผลนี้ อุปกรณ์นี้ยังเพิ่มชุดบล็อกฟังก์ชันที่ครอบคลุมสำหรับการรักษาความปลอดภัย การจัดการพลังงาน การจับเวลา และอุปกรณ์ต่อพ่วงแบบดิจิทัลและแอนะล็อกซึ่งโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้ในการติดตามทรัพย์สิน อุปกรณ์สวมใส่ และอุปกรณ์ตรวจสอบการดูแลสุขภาพ (รูปที่ 1)
รูปที่ 1: ด้วยชุดอุปกรณ์ต่อพ่วงรวมที่ครอบคลุม ไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32655 รองรับการใช้งานต่าง ๆ มากมายที่ต้องการการเชื่อมต่อ Bluetooth การประมวลผลประสิทธิภาพสูง และการใช้พลังงานที่เหมาะสมที่สุด (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
เพื่อตอบสนองความต้องการการเชื่อมต่อ Bluetooth ที่หลากหลายของการใช้งานต่างๆ MAX32655 จึงจัดเตรียมฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เฉพาะเพื่อรองรับคุณสมบัติ Bluetooth 5.2 ที่สมบูรณ์ นอกจากวิทยุ Bluetooth 5.2 แล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังผสานรวมโคโปรเซสเซอร์ RISC-V 32 บิตเฉพาะเพื่อจัดการกับงานประมวลผล Bluetooth ที่สำคัญในเรื่องของเวลา ระบบย่อย Bluetooth นี้ตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่เกิดขึ้นใหม่ โดยรองรับโหมดอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูง 2 เมกะบิตต่อวินาที (Mbits/s) และโหมดระยะไกลด้วยอัตรา 125 กิโลบิตต่อวินาที (Kbits/s) และ 500 Kbits/s พินอุปกรณ์สองตัวช่วยให้นักพัฒนาสามารถเชื่อมต่อเสาอากาศนอกชิปในดีไซน์ที่รองรับ Bluetooth ได้อย่างง่ายดาย การรองรับการใช้งาน Bluetooth 5.2 ให้สมบูรณ์แบบและ ทำให้สแต็กบลูทูธรันไทม์ของอุปกรณ์ขยายไปทั่ว Arm Cortex-M4 ด้วย FPU, RISC-V และวิทยุ (รูปที่ 2)
รูปที่ 2: ทำงานบน Arm Cortex-M4 ของ MAX32655 พร้อม FPU, RISC-V และวิทยุ โดยสแต็ก Bluetooth 5.2 เต็มรูปแบบรองรับชุดคุณลักษณะที่สมบูรณ์สำหรับการค้นหาทิศทาง การสื่อสารปริมาณงานสูง และการทำงานระยะไกล (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
สำหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพและหน่วยความจำที่แข็งแกร่ง ไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32690 ของ Analog Devices นำเสนอ Arm Cortex-M4 120 MHz พร้อม FPU พร้อมแฟลช 3 เมกะไบต์ SRAM 1 เมกะไบต์และหน่วยความจำแคช 16 กิโลไบต์ นอกเหนือจากตัวเปรียบเทียบแอนะล็อกและอุปกรณ์ต่อพ่วงแบบดิจิทัลใน MAX32655 แล้ว MAX32690 ยังผสานอินเทอร์เฟซบัส HyperBus/Xccela สำหรับการทำงานความเร็วสูงจากแฟลชภายนอกและ SRAM เมื่อความต้องการหน่วยความจำเกินทรัพยากรบนชิป โดย MAX32690 ได้ผสานโปรเซสเซอร์ RISC-V 32 บิต เช่นเดียวกับ MAX32655 ซึ่งสามารถใช้สำหรับการประมวลผลแบบสแตนด์อโลนและรองรับการประมวลผลบลูทูธ
เพื่อช่วยให้นักพัฒนาปรับการใช้พลังงานให้เหมาะสม ไมโครคอนโทรลเลอร์ทั้งสี่ตัวที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้รองรับโหมดการทำงานพลังงานต่ำหลายโหมด ใน MAX32655 และ MAX32690 โหมดพลังงานต่ำประกอบด้วย:
- โหมด Sleep โดยที่ Arm Cortex-M4 พร้อม FPU (CM4) และ RISC-V 32 บิต (RV32) อยู่ในโหมด Sleep แต่อุปกรณ์ต่อพ่วงยังคงเปิดอยู่
- โหมด Low-Power (LPM) โดยที่ CM4 อยู่ในสถานะ Sleep พร้อมการรักษาสถานะขณะที่ RV32 ยังคงทำงานอยู่เพื่อย้ายข้อมูลจากอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เปิดใช้งาน
- โหมด Micro Power (UPM) โดยที่ CM4, RV32 และพินบางตัวจะคงสถานะเอาไว้ แต่ตัวจับเวลาเฝ้าระวัง ตัวเปรียบเทียบแอนะล็อก และ UART พลังงานต่ำยังคงพร้อมใช้งานเพื่อปลุกไมโครคอนโทรลเลอร์
- โหมด Standby โดยที่นาฬิกาเรียลไทม์ยังคงทำงานอยู่ และอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งหมดจะคงสถานะไว้
- โหมด Backup โดยที่นาฬิกาเรียลไทม์ยังคงทำงานอยู่ และหน่วยความจำระบบยังคงรักษาสถานะไว้
นอกจากนี้ MAX32655 ยังมาพร้อมกับโหมด Power Down (PDM) ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในระหว่างการจัดเก็บและจัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในโหมด PDM MAX32655 จะปิดเครื่อง แต่เครื่องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าภายในยังคงทำงานอยู่ ด้วยเหตุนี้ ผู้ใช้ปลายทางจึงสามารถเปิดใช้งานผลิตภัณฑ์ที่ใช้ MAX32655 ได้อย่างรวดเร็วโดยการถอดแถบป้องกันแบตเตอรี่ออกหรือจ่ายไฟให้กับผลิตภัณฑ์ด้วยวิธีอื่น
โหมดการทำงานเหล่านี้สามารถประหยัดพลังงานได้อย่างมากแม้แต่กับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ โดยจะเลือกปิดบล็อกฮาร์ดแวร์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น MAX32655 ในโหมดการทำงานปกติจะใช้พลังงานเพียง 12.9 ไมโครแอมป์ต่อเมกะเฮิรตซ์ (μA/MHz) ที่ 3.0 โวลต์ ในโหมด Standby อุปกรณ์จะคงสถานะไว้หรือปิดหลายบล็อกอย่างสมบูรณ์เพื่อให้มีการใช้พลังงานเพียง 2.1 μA ที่ 3.0 โวลต์ ในขณะที่ทำให้อุปกรณ์กลับมาทำงานได้อีกครั้งภายในเวลาเพียง 14.7 ไมโครวินาที (μs) เท่านั้น (รูปที่ 3)
รูปที่ 3: โหมดพลังงานที่แตกต่างกันของไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32655 เช่น โหมดสแตนด์บายที่แสดงที่นี่ สามารถรักษาสถานะไว้หรือปิดระบบฮาร์ดแวร์ย่อยต่างๆ อย่างสมบูรณ์ เพื่อลดการใช้พลังงานในขณะที่ยังคงความสามารถในการทำงานไว้ (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
นอกจากความสามารถในการทำงานที่ใช้พลังงานต่ำแล้ว ระดับการผสานรวมที่สูงของอุปกรณ์เหล่านี้ยังช่วยให้นักพัฒนาลดความซับซ้อนในการออกแบบและตอบสนองความต้องการในการใช้ทรัพยากรให้น้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดหลายเอาต์พุตตัวเหนี่ยวนำตัวเดียวแบบรวมของ MAX32655 ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำ/ตัวเก็บประจุเพียงคู่เดียวเท่านั้น ผลลัพธ์ที่ได้คือ นักพัฒนาสามารถสร้างดีไซน์ที่กะทัดรัดซึ่งใช้พลังงานจากเซลล์ลิเธียมเซลล์เดียวได้ง่ายขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของแพ็คเกจในการใช้งานต่างๆ เช่น การติดตามทรัพย์สิน อุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์ฟัง และผลิตภัณฑ์ที่จำกัดพื้นที่ในลักษณะเดียวกัน
สำหรับการออกแบบหูฟังไร้สายแบบสเตอริโอไร้สาย (TWS) ตัวอย่างเช่น นักพัฒนาสามารถใช้งานโซลูชันที่มีประสิทธิภาพโดยใช้ MAX32655 ด้วยส่วนประกอบเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยนอกเหนือจากตัวแปลงสัญญาณและการจัดการพลังงานแบตเตอรี่ การรวม MAX32655 เข้ากับอุปกรณ์เหล่านี้และการเชื่อมต่อแบบพอร์ตคู่แบบ 1 สาย DS2488 ทำให้การออกแบบหูฟัง TWS และแท่นชาร์จสมบูรณ์แบบ (รูปที่ 4)
รูปที่ 4: ฟังก์ชันการทำงานแบบบูรณาการของไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32655 ช่วยให้สามารถออกแบบด้วยขนาดและรายการวัสดุขั้นต่ำ โดยต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมเพียงไม่กี่ชิ้น นอกเหนือจากโคเดก อุปกรณ์จัดการพลังงาน และอุปกรณ์อินเทอร์เฟซ เช่น DS2488 1-wire เพื่อใช้โซลูชัน TWS earbuds และแท่นชาร์จแบบครบชุด (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
เพื่อเร่งความเร็วในการประเมินและการสร้างต้นแบบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์เหล่านี้ นักพัฒนาสามารถใช้ประโยชน์จากทรัพยากรการพัฒนา Analog Devices หลายรายการ รวมถึง:
- ชุดประเมิน MAX32655 (MAX32655EVKIT)
- บอร์ดพัฒนา MAX32655 (MAX32655FTHR)
- ชุดประเมิน MAX32690 (MAX32690EVKIT)
- แพลตฟอร์มการพัฒนาฟอร์มแฟกเตอร์ MAX32690 Arduino (AD-APARD32690-SL)
โซลูชันที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นสำหรับความต้องการการออกแบบสัญญาณผสม
ในขณะที่ MAX32655 และ MAX32690 ตอบสนองความต้องการผลิตภัณฑ์ที่รองรับ Bluetooth ที่ใช้แบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัด ไมโครคอนโทรลเลอร์สัญญาณผสมพลังงานต่ำ MAX32675C ของ Analog Devices ตอบสนองความต้องการเฉพาะทางสำหรับการใช้งานเซ็นเซอร์ทางการแพทย์และอุตสาหกรรม
MAX32675C นำเสนอการใช้พลังงานต่ำในระหว่างการเริ่มต้นและระหว่างการทำงาน พร้อมด้วยระดับการผสานรวมสูงที่จำเป็นเพิ่มมากขึ้นในการใช้งานเหล่านี้ โดยผสมผสานโปรเซสเซอร์ Arm Cortex-M4 12 MHz และ FPU พร้อมแฟลช 384 Kbytes, SRAM 160 Kbytes และแคช 16 Kbytes รวมทั้ง Precision Analog Front-end (AFE) และโมเด็ม HART (รูปที่ 5)
รูปที่ 5: โมเด็ม AFE และ HART แบบบูรณาการของไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32675C จัดให้มีระบบย่อยที่จำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการสำหรับขนาดเล็กและพลังงานต่ำในเซ็นเซอร์ทางอุตสาหกรรมและการแพทย์ (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
AFE สื่อสารกับโปรเซสเซอร์ผ่านอินเทอร์เฟซต่อพ่วงแบบอนุกรมภายใน (SPI) โดยจะจัดเตรียมอุปกรณ์ต่อพ่วงชุดหนึ่งที่โดยทั่วไปแล้วจำเป็นในการใช้งานเซ็นเซอร์ทางอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ รวมถึงตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) 12 บิต และตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) เดลต้า-ซิกม่าความแม่นยำสูงสองตัว ซึ่งสามารถกำหนดค่าให้ทำงานแบบ 16 บิตหรือ 24 บิตได้ โดย ADC แต่ละตัวจะมีตัวขยายสัญญาณแบบตั้งโปรแกรมได้ (PGA) ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ 1x ถึง 128x เฉพาะที่ขับเคลื่อนโดยมัลติเพล็กเซอร์อินพุต 12 ช่องสัญญาณที่สามารถกำหนดค่าให้ทำงานแบบปลายเดียว 12 ช่องสัญญาณหรือแบบดิฟเฟอเรนเชียล 6 ช่องสัญญาณได้
MAX32675C เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการตอบสนองความต้องการเครื่องมือภาคสนามอุตสาหกรรมพลังงานต่ำที่ใช้เซ็นเซอร์และเครื่องส่งสัญญาณ 4-20 มิลลิแอมป์ (mA) ในความเป็นจริง ไมโครคอนโทรลเลอร์นี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อไม่ให้เกินข้อจำกัดด้านพลังงานในการใช้งาน 4-20 mA ซึ่งช่วยแก้ปัญหาทั่วไปที่เกิดขึ้นระหว่างการเริ่มต้นระบบที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ประสบปัญหาในการรักษาขีดจำกัดพลังงาน
เพื่อรองรับข้อกำหนดพื้นฐานของระบบควบคุมอุตสาหกรรมที่มีอยู่มากมาย AFE จึงจัดเตรียมโมเด็ม HART แบบครบวงจร ทำให้การนำเครื่องมือภาคสนามอุตสาหกรรมมาใช้งานผ่านลูปกระแสไฟฟ้า 4-20 mA ง่ายขึ้น (รูปที่ 6)
รูปที่ 6: AFE ของไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32675C มีโมเด็ม HART เฉพาะเพื่อรองรับเครื่องมือภาคสนาม 4-20 mA ที่มีอยู่ในการใช้งานอุตสาหกรรมทั่วไป (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
ด้วย MAX32675C นักพัฒนาการใช้งานอุตสาหกรรมสามารถกำหนดค่าและควบคุมเครื่องมือภาคสนามได้อย่างง่ายดายผ่านการเชื่อมต่อ SPI ของโมเด็ม HART เข้ากับ Arm Cortex-M4
นอกเหนือไปจากเอกสารประกอบและทรัพยากรการพัฒนาอื่นๆ แล้ว Analog Devices ยังเสนอMAX32675EVKIT ชุดประเมิน MAX32675C ช่วยให้การทดสอบและพัฒนาต้นแบบรวดเร็วยิ่งขึ้น
ตอบสนองความต้องการใหม่สำหรับ edge AI
เพื่อสร้างการใช้งานที่มีประสิทธิภาพในเพิ่มมากขึ้น นักพัฒนาจะต้องใช้อุปกรณ์ระดับเอจที่ดำเนินการตามอัลกอริธึม AI อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการประมวลผลแบบลำดับเวลาอัจฉริยะหรือการจดจำวัตถุ คำ หรือใบหน้า MAX78000 ของ Analog Devices ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรองรับความสามารถเหล่านี้ในขณะที่ยังคงรักษาความต้องการพื้นฐานสำหรับการใช้พลังงานต่ำ
เช่นเดียวกับไมโครคอนโทรลเลอร์พลังงานต่ำพิเศษที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ MAX78000 (รูปที่ 7) สร้างขึ้นบน Arm Cortex-M4 พร้อมด้วยโปรเซสเซอร์ FPU, แฟลช 512 Kbytes, SRAM 128 Kbytes และแคช 16 Kbytes เพื่อตอบสนองความต้องการการดำเนินการใช้งานหลัก เพื่อรองรับโซลูชัน AI ระดับ edge MAX78000 ได้เพิ่มระบบย่อยการประมวลผลด้วยทรัพยากรเพิ่มเติมสองรายการ ได้แก่:
- โคโปรเซสเซอร์ RISC-V 32 บิตที่ให้ระบบมีความสามารถในการประมวลผลสัญญาณที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ
- ตัวเร่งความเร็วเครือข่ายประสาทเทียมแบบคอนโวลูชั่น (CNN) ที่ใช้ฮาร์ดแวร์แบบบูรณาการเพื่อตอบสนองความต้องการอุปกรณ์ AI ขอบเครือข่ายที่เพิ่มขึ้น
รูปที่ 7: ไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX78000 ผสานรวมเครื่องเร่งความเร็ว CNN พร้อมกับ Arm Cortex-M4 พร้อม FPU และโปรเซสเซอร์ RISC-V 32 บิต เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการอนุมานในแอปพลิเคชัน AI ขอบเครือข่าย (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
MAX78000 รองรับโหมดการทำงานพลังงานต่ำและโหมดปิดเครื่องแบบเดียวกับที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้สำหรับ MAX32655 โดยที่ CNN ยังคงพร้อมใช้งานผ่านโหมดสลีปและพลังงานต่ำ การรักษาสถานะในโหมดพลังงานไมโคร สแตนด์บาย และสำรอง และโหมดปิดเครื่องสำหรับใช้งานระหว่างการจัดเก็บและกระจายผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
เช่นเดียวกับไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวอื่นๆ ที่กล่าวถึงที่นี่ ระดับการผสานรวมที่สูงของ MAX78000 ช่วยให้นักพัฒนาตอบสนองความต้องการสำหรับรายการวัสดุขั้นต่ำ (BOM) และขนาดผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้ ด้วย ADC ที่ผสานรวมเข้ากับความสามารถในการประมวลผลสัญญาณของอุปกรณ์ นักพัฒนาจึงสามารถใช้ MAX78000 พร้อมส่วนประกอบเพิ่มเติมเพียงไม่กี่ชิ้นเพื่อใช้งาน edge AI เช่น การระบุคำสำคัญ (KWS) หรือการระบุใบหน้า (FaceID) ได้อย่างรวดเร็ว
นอกเหนือจากการลดความซับซ้อนในการใช้งาน edge AI แล้ว การผสมผสานโหมดพลังงานหลายโหมด โปรเซสเซอร์คู่ และ CNN ที่ใช้ฮาร์ดแวร์ของ MAX78000 ยังช่วยให้นักพัฒนาสามารถบรรลุความเร็วในการอนุมานที่รวดเร็วด้วยการใช้พลังงานที่น้อยที่สุดอีกด้วย วิศวกรของ Analog Devices ตรวจสอบประสิทธิภาพอย่างใกล้ชิดในการศึกษาการใช้งานที่ปรับพลังงานให้เหมาะสมบน MAX780001
ส่วนหนึ่งของการศึกษาครั้งนี้ ทีมวิศวกรรมวัดการใช้พลังงานและเวลาในการโหลดโมเดลเวท (เคอร์เนล) การโหลดข้อมูลอินพุต และดำเนินการอนุมานสำหรับการใช้งาน edge AI ทั่วไป ตัวอย่างเช่น ในกรณีศึกษาของ KWS ที่มีคีย์เวิร์ด 20 คำ (KWS20) ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่านักพัฒนาสามารถรันโปรเซสเซอร์ Arm เพียงลำพังเพื่อลดเวลาในการโหลดและการใช้พลังงานในขณะที่ทำงานในโหมดการทำงานพลังงาน MAX78000 ที่แตกต่างกัน (รูปที่ 8)
|
รูปที่ 8: กรณีศึกษา KWS20 แสดงให้เห็นว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นส่งผลให้ใช้พลังงานน้อยลงเนื่องจากเวลาในการโหลดสั้นลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้เฉพาะโปรเซสเซอร์ Arm เท่านั้น (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
การศึกษาครั้งนี้ยังได้ตรวจสอบผลกระทบต่อการใช้พลังงานและเวลาที่โปรเซสเซอร์ Arm และโปรเซสเซอร์ RISC-V อยู่ในโหมด Sleep ในช่วงเวลาว่าง โดยที่โปรเซสเซอร์ RISC-V จะทำงานเพียงพอที่จะดำเนินการโหลดและจัดการ CNN เท่านั้น การศึกษาได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้แหล่งสัญญาณนาฬิกาสองแหล่งที่แตกต่างกัน: ออสซิลเลเตอร์ภายในหลัก (IPO) ของ MAX78000 ที่ 100 MHz เทียบกับออสซิลเลเตอร์รองภายใน (ISO) ที่มีพลังงานต่ำกว่าแต่ช้ากว่าที่ 60 MHz ในผลลัพธ์นี้ การลดความถี่สัญญาณนาฬิกาทำให้การใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการโหลดและการอนุมานเพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากต้องใช้เวลาในการดำเนินการให้เสร็จสิ้นนานขึ้นสำหรับแต่ละอย่าง (รูปที่ 9)
รูปที่ 9: ในกรณีศึกษา KWS20 การใช้ความถี่สัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นกับโปรเซสเซอร์ RISC-V เพียงอย่างเดียวสำหรับการโหลดและการจัดการ CNN ส่งผลให้มีการใช้พลังงานต่ำลงเนื่องจากเวลาในการโหลดและอนุมานสั้นลง (แหล่งที่มาภาพ: Analog Devices)
จากการศึกษา ทีมงาน Analog Devices พบว่านักพัฒนาสามารถอนุมานข้อมูลได้อย่างรวดเร็วด้วยการใช้พลังงานน้อยที่สุดโดยการทำงานที่อัตราความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับโปรเซสเซอร์ Arm ประสิทธิภาพสูง การใช้โหมดการทำงานพลังงานของ MAX78000 อย่างเหมาะสม และการคงเคอร์เนลไว้ในหน่วยความจำเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียพลังงานระหว่างเวลาโหลดที่ยาวนาน
สำหรับนักพัฒนาที่สร้างโซลูชัน AI ขั้นสูงของตนเอง Analog Devices เสนอชุดทรัพยากรการพัฒนา MAX78000 ที่ครอบคลุม ซึ่งรวมถึงชุดประเมิน MAX78000EVKIT และบอร์ดพัฒนา MAX78000FTHR MAX78000EVKIT มาพร้อมกับไมโครโฟนดิจิทัลในตัว เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว จอแสดงผลสี และตัวเลือกการเชื่อมต่อหลายแบบ รวมถึงฟีเจอร์ตรวจสอบพลังงานเพื่อช่วยให้นักพัฒนาปรับการใช้พลังงานให้เหมาะสมที่สุด
สำหรับการพัฒนาซอฟต์แวร์ MAX78000 ของ Analog Devices คลังเครื่องมือ CNN นำเสนอเอกสาร คู่มือการพัฒนา วิดีโอการฝึกอบรม และโค้ดซอฟต์แวร์ที่รองรับชุดประเมินและบอร์ดพัฒนา
สรุป
Analog Devices นำเสนอไมโครคอนโทรลเลอร์พลังงานต่ำพิเศษชุดหนึ่งซึ่งสร้างขึ้นจากรากฐานของระบบย่อยโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ โดยผสานรวมคุณลักษณะและความสามารถต่างๆ ที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรองรับความต้องการเฉพาะตัวของการใช้งานต่างๆ เช่น อุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ การติดตามทรัพย์สิน เซ็นเซอร์อุตสาหกรรมและการแพทย์ และ edge AI ด้วยการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และทรัพยากรสนับสนุนเหล่านี้ นักพัฒนาสามารถใช้งานการออกแบบที่ตอบสนองความต้องการเฉพาะทางของการใช้งานพลังงานต่ำที่หลากหลายได้อย่างรวดเร็ว
อ้างอิง:

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.