Компараторы могут работать в режиме малой мощности, но время их реакции в этом режиме медленнее обычного. Этот режим может использоваться во время бодрствования, однако он особенно полезен в спящем режиме для пробуждения JN513x, когда важно низкое потребление энергии. Функция vAHI_ComparatorIntEnable () допускает установку активного перепада выходного сигнала компаратора для подачи прерывания. В спящем режиме отрицательный входной сигнал по умолчанию снимается с внешних штырьков.
16. Управление питанием
16.1. Режимы работы
JN513x может работать в трех операционных режимах, которые дают возможность управлять потребляемой мощностью системы для максимизации срока службы батарей:
· Активный режим обработки;
· Спящий режим;
· Глубокий спящий режим.
Изменение потребляемой мощности этих трех режимов - результат наличия ряда доменов мощности в пределах чипа путем их включения или выключения.
16.1.1. Домены мощности
У JN513x есть следующие домены мощности:
Домен электропитания VDD: запитывает таймеры пробуждения и контроллер, блок DIO, компараторы и внутренний генератор на 32 кГц. Этот домен работает от внешнего источника (батареи) и работает всегда. В спящем режиме таймеры пробуждения, контроллер и генератор на 32 кГц могут быть включены или выключены через программное управление.
Цифровой Логический Домен: запитывает интерфейс SPI, центральный процессор, ROM, контроллер полосы немодулированных частот, модем и процессор кодирования. Этот домен выключен в спящем режиме.
Аналоговый Домен: запитывает АЦП, ЦАП и температурный датчик. Домен выключен в спящем режиме, может быть включен / выключен в активном режиме обработки через программное управление.
Домен оперативной памяти: питает оперативную память в спящем режиме для сохранения содержимого памяти. В этом режиме может быть включен / через программное управление.
Радио-Домен: питает радио-интерфейс. Он работает во время передачи и получения данных и управляется процессором полосы немодулированных частот.
16.2. Активный режим
В активном режиме обработки JN513x осуществляется вся прикладная обработка. По умолчанию, центральный процессор работает в режиме полной скорости, достигая производительности 16/32MIPs. Все внешние устройства доступны приложениям; для управления потребляемой мощностью их можно включать/выключать.
В активном режиме обработки есть опция, позволяющая перевести центральный процессор в режим дремоты, но сохранить остальную часть чипа активной. Это может оказаться особенно полезным для операций радиопередачи и приема, где не требуется вмешательство центрального процессора.
16.2.1. Режим дремоты центрального процессора
Хотя в режиме дремоты операции центрального процессора остановлены, чип остается приведенным в действие, и цифровые внешние устройства продолжают работать. Переход в режим дремоты выполняется функцией vAHI_CpuDoze (), а выход из него - любым запросом на прерывание. Как только процедура обработки прерывания была выполнена, функция vAHI_CpuDoze () повторяется, и возобновляется нормальное выполнение программ. В режиме дремоты контроллер потребляет больше энергии, чем в спящем и глубоком спящем режимах, но требует меньше времени для возобновления работы, и поэтому может использоваться как альтернатива малой мощности холостой работе.
16.3. Спящий режим
JN513x переходит в спящий режим под управлением центрального процессора посредством использования vAHI_PowerDown () функции. В этом режиме многие из внутренних функций чипа отключены с целью экономии энергии, однако состояние штырьков DIO не изменяется, включая выводимые значения, что позволяет сохранить интерфейс с внешним миром. Выводы ЦАП переключены в состояние высокого импеданса.
При переходе в спящий режим имеется возможность сохранить содержимое оперативной памяти в течение всего периода бездействия с помощью функции vAHI_MemoryHold (). Если таймеры пробуждения и компараторы не должны использоваться для пробуждения, то энергия может быть сэкономлена отключением генератора на 32 кГц через программное управление.
Из спящего режима контроллер может вывести одно из трех событий: перепады на вводах DIO, истечение таймеров пробуждения или событие компаратора. Если происходит любое из этих событий, генерируется прерывание, которое вызывает пробуждение. Если несколько источников пытаются пробудить контроллер одновременно, только один приведет к пробуждению. Поэтому необходимо программно удалить все другие ожидающие события пробуждения до входа назад в спящий режим, иначе устройство немедленно пробудится повторно.
Процесс пробуждения подобен последовательности событий процесса сброса: генератор на 16 МГц запускается, центральный процессор включается, и сброс удаляется. Программное обеспечение определяет, что это сброс от бездействия.
16.3.1. Пробуждение по таймеру
JN513x содержит два 32-разрядных таймера пробуждения, которые являются счетчиками, синхронизированными от генератора на 32 кГц, и способными программироваться для генерации сигнала пробуждения. После пробуждения таймеры продолжают работать.
События таймера могут быть сгенерированы от обоих из двух таймеров; один предназначен для использования в соответствии с протоколом 802.15.4, другой является доступным для использования приложениями, выполняющимися на центральном процессоре. Эти таймеры доступны в любое время, даже во время спящего режима, и управляются вызовами API.
16.3.2. Пробуждение по событиям на линиях DIO
Любой штырек DIO, используемый как вход, может использоваться для пробуждения. Эта возможность может быть задана функцией vAHI_DioInterruptEnable (), тип перепада (фронт или спад) задается функцией vAHI_DioInterruptEdge (). Даже когда группы линий DIO конфигурированы как UARTы, таймеры и т.д., любая входная линия в этой группе может все еще использоваться для пробуждения. Это означает, что внешнее устройство, общающееся по интерфейсу UART, может пробудить бездействующее устройство, активируя свой штырек RTS.
16.3.3. Пробуждение по компаратору
Компаратор может генерировать прерывание пробуждения, когда происходит изменение относительных уровней позитивных и отрицательных входов. Отрицательный вход является выбираемым между внешним штырьком COMPxN и внутренним источником опорного напряжения. Способность к пробуждению при непрерывном контроле аналоговых сигналов полезна в приложениях ультрамалой мощности. JN513x может оставаться в спящем режиме до снижений напряжения ниже порога, а затем пробудиться, чтобы обработать это событие.
16.4. Глубокий спящий режим
В глубоком спящем режиме контроллер потребляет самую низкую мощность. Все переключаемые домены мощности выключены, остановлены некоторые функции в домене VDD, включая генератор на 32 кГц. Переход в режим происходит при выполнении vAHI_PowerDown () функции. Из этого режима контроллер может выйти при выключении питания, аппаратном сбросе на штырьке RESETN, или случай на штырьке DIO. Случай DIO в этом режиме вызывает сброс чипа.
Заключение
В концепции сенсорных сетей кардинально меняется роль человека, поскольку их элементы — сенсорные микрокомпьютеры — становятся гораздо более самостоятельными, зачастую предвосхищающими наши действия. «Гомоцентрическая» модель сетевых вычислений уходит в прошлое — человек перестает быть центром вычислений и становится лишь посредником между реальным миром и компьютерами, занимаясь общей организацией системы.
Возможности применения «миниатюрного полупроводникового радио» ограничены только нашей фантазией. Можно организовать сенсорную среду с использованием функций беспроводной передачи данных — например, для температурного или химического анализа. А поскольку стоимость таких датчиков составит несколько центов или даже долей цента, то подобные вычислительные устройства легко интегрировать прямо в окружающую нас среду.
Многообещающе применение сенсоров в медицине — мониторинг сердечного ритма, кровяного давления и других жизненно важных показателей для автоматического предупреждения врачей и оказания неотложной помощи. А, скажем, оборудованная разнообразными сенсорами детская кроватка способна не только контролировать дыхание или температуру тела ребенка, но и предупреждать взрослых об опасных изменениях этих параметров или даже самостоятельно предпринимать какие-то меры.
Возможности использования сенсорных сетей простираются далеко за пределы жилища, офиса или медицинского учреждения — эксперты называют, прежде всего, экологию и службы спасения: крошечные датчики, разбросанные с самолетов над лесными массивами, поднимут тревогу при возникновении пожара, помогут отыскать заблудившихся туристов, передадут в диспетчерский центр по самоорганизующейся беспроводной сети исчерпывающий сведения о состоянии «зеленого океана». Они же могут следить за созреванием урожая, информируя фермеров о нехватке влаги, удобрений и пр. Используя сенсорную сеть для сбора информации о состоянии среды обитания в птичьем заповеднике на острове Грейт-Дак (штат Мэн), биологи совместно с сотрудниками Intel получили данные об особенностях поведения редких видов птиц, что раньше было невозможно. И это только малая часть широчайших перспектив сенсорных сетей.
Разумеется, чтобы воплотить в жизнь заманчивые мечты о сенсорных беспроводных сетях, предстоит еще многое сделать. Малогабаритные датчики должны не только интеллектуально отслеживать состояние среды, организовываться в единую беспроводную сеть и обладать приличным запасом энергии для автономной работы, но и действовать в зависимости от обстановки. И при этом быть достаточно дешевыми, чтобы их было дешевле выбросить, чем подзарядить. Распространение сенсорных сетей может дать эффект несравнимо больший, нежели распространение Интернета.
[1] Обработка AES-CBC доступна только для автономного использования под программным управлением.