[4] [Smart IoT] SAM L21 – 32-bit Cortex-M0+

Budowa zegara

Kolejny element architektury, który został wykonany w nieco inny sposób, to budowa systemu zegara. Znajduje się tu do dziewięciu generator/clock domain, które mogą być konfigurowane oraz przełączane niezależnie przez system bądź użytkownika. Pozwala to na dużą elastyczność taktowania poszczególnych peryferiów, zwłaszcza w stanach uśpienia. A sam CPU może pracować z różną częstotliwością w zależności od wymagań aplikacji (Dynamic Frequency Scaling). 

Rys. 5. Budowa zegara w SAM L21

Rys. 6. Dynamic Frequency Scaling

Źródło taktowania może pracować także w trybie on-demand (flaga ONDEMAND). Oznacza to, że jest ono automatycznie zatrzymywane, w przypadku gdy nie jest ono potrzebne, a potem automatycznie włączane, gdy jego praca jest wymagana.

System eventów

Kolejnym elementem, który, odpowiednio wykorzystany może znacząco wpłynąć na sumaryczne zużycie energii jest system eventów. Wielu inżynierów zna go doskonale z układów serii Atxmega. Teraz został on zaimplementowany także w układach z Cortex-M0+.

Event system pozwala na współdziałanie peryferiów bez udziału CPU. Dodatkowo ma bardzo ciekawą właściwość. Otóż czas reakcji na event jest w 100% przewidywany. Poniżej graf obrazujący współdziałanie wybranych peryferiów bez udziału CPU.

Rys. 7. System eventów

Stany uśpienia

W ramach rodziny SAML21 wprowadzono możliwość wprowadzania mikrokontrolera w jeden z kilku stanów uśpienia. Poniższy graf przedstwia przybliżone pobory prądów oraz czasy wybudzeń do stanu aktywnego. Można odczytać także źródła, które są w stanie wybudzić układ z danego stanu uśpienia.

W trybie active CPU wykonuje kod, wszystkie zegary są dostępne, a pobór prądu zależy w dużej mierze od Performance Level (PL). SAML21 może pracować w jednym z dwóch performance level. Gdy pracuje w najniższym, czyli PL0, napięcie zasilania logiki jest redukowane, i jego poziom jest dostosowywany w zależności od częstoliwości pracy. W przypadku PL2 regulator napięcia dostarcza najwyższe możliwe napięcie, pozwalając na pracę z maksymalną częstotliowścią. Zmiany PLx można dokonywać w trakcie pracy mikrokontrolera. W trybie Idle zegar CPU jest wyłączony, różnie AHBx oraz APBx są wyłączone, ale mogą zostać uruchomione jeśli któreś z peryferiów będzie tego wymagać.

W trybie Standby wszystkie zegary, oprócz ULP32K sa wyłączone. Jednak peryferia mogą realizować swoje zadania, jeśli w rejestrze konfiguracyjnym danego peryferia ustawiono flagę RUNSTDBY. Dodatkowo można tę pracę powiązać ze wcześniej wspomnianym ustawieniem flagi ONDEMAND, która decyduje o pracy źródła taktowania. W trybe Backup zasilana jest tylko domena BACKUP, do której, między innymi, należy RTC, BOD.    

Rys. 8. Stany uśpienia

SleepWalking

Kolejną funkcjonalnością przeniesioną z AVR jest SleepWalking. Funkcjonalność ta daje możliwość, aby wybrane peryferia mogły wysłać żądanie wystawienia sygnału zegara, aby wykonać zadanie bez udziału CPU, w trybie Standby. W przypadku SAML21 zostało to wzbogacone o współpracę z power domain. Oznacza to, że zasilanie do danej power domain będzie dostarczone, gdy któryś z elementów tego potrzebuje do pracy. Kiedy zadanie jest wykonane, mikrokontroler może zostać wybudzony do stanu aktywnego, bądź tez pozostać w Standby, tak jak pokazuje to poniższy rysunek.

Rys. 9. SleepWalking