高性能かつエネルギー効率の高い EFM32™ 周辺装置
Silicon Labs の EFM32™ ARM® Cortex®-M 32 ビット・マイクロコントローラ（MCU）には、低エネルギー動作向けに構築された周辺装置が同梱されています。革新的な制御技術の使用および周辺装置リフレックス・システム（PRS）により、性能を犠牲にすることなく、低消費電力の周辺装置が高いスループットおよび高性能を提供します。周辺装置は、CPU の介入なしに、外部または内部トリガからの入力に反応・応答することができます。ダイレクト・メモリ・アクセス（DMA）コントローラとの組み合わせにより、PRS 対応 EFM32 システムは自律的動作のメリットを利用して遅延の短縮およびエネルギー消費削減を実現します。
コアおよびメモリ
ARM Cortex-M プロセッサ
Cortex-M0+
Cortex-M0+ は ARM の最もエネルギー効率の高いコアです。プロセッサは8/16ビット・デバイスの自然かつ費用対効果の高い後継モデルで、機能豊富な Cortex-M3 および Cortex-M4 プロセッサとのツールとバイナリの下位互換性が保持されています。
メモリおよびバス・システム
データ保持での低消費電力フラッシュと RAM を特徴とする低遅延メモリ・システムを備える Silicon Labs の EFM32 32 ビット・マイクロコントローラ・ファミリにより、低エネルギー・モードの動作が理想的となります。EFM32 には、ARM Cortex-M CPU または DMA コントローラからアクセスできる4のメイン・メモリ・セグメント（フラッシュ、RAM、外部バス・インターフェイス、低エネルギー周辺装置）が含まれています。
デバッグ・インターフェイス
EFM32 Cortex-M デバイスには ARM CoreSight™ オンチップ・デバッグおよびトレース・インターフェイスが使用されています。シリアル・ワイヤ・デバッグ技術、具体的には EFM32 用のシリアル・ワイヤ・デバッグ・ポートが、コンピュータ上のオンチップ・デバッグ・モジュールと開発環境間のインターフェイスとして使用されています。EFM32 デバッグ・インターフェイスにより、現場でのシステムの再プログラムおよび更新が容易となり、最小限の I/O ピンの使用でデバッグすることが可能となります。
デバッグおよびプログラミングの一覧は以下の通りです。
- 2ワイヤ・シリアル・ワイヤ・デバッグ・インターフェイス
- デバッグ/プログラミング
- 1ワイヤ・シリアル・ワイヤ・ビューワ出力
- Print 形式のデバッグ情報
- PC サンプリング
- ファームウェア保護のためのデバッグ・ロック
- 事前プログラム済みブートローダ
- すべての EFM32 に UART
- USB の一部としての UART+USB
- 5ワイヤ・組み込みトレース・マクロセル（EFM32 Leopard Gecko、Giant Gecko、および Wonder Gecko）
- 命令およびデータ・トレース
- 命令およびデータ・トレース
ダイレクト・メモリ・アクセス（DMA）コントローラ
DMA コントローラは、効率的にエネルギー消費と CPU 負荷を軽減しながら、CPU の介入なしでデータを移動することができます。この周辺装置により、データ移動、例えば USART から RAM または外部バス・インターフェイスから DAC への移動の際に、システムは低エネルギー・モードを保つことができるのです。
- フラッシュ/RAM と周辺装置間の転送
- 最大12チャンネル
- 複数の高度な転送モード（スキャッター/ギャザー、ピンポン）
- 遅延を低減
クロック管理
クロック管理ユニット
クロックおよびオシレータは、MCU の消費電力に大きく影響します。クロック管理ユニットが Silicon Labs の EFM32 MCU のクロックおよびオシレータを制御し、使用可能なオシレータの有効化/無効化に加えて、すべての周辺モジュールに対して個別にクロックをオンまたはオフにする機能を提供します。低消費電力オシレータと柔軟なクロック制御方式が組み合わされたことで、すべてのアプリケーションのエネルギー消費を最小限に抑えることが可能となりました。
クロック管理ユニットの特徴は以下の通りです。
- 複数のクロック・ソース（統合された RC および水晶発振器）
- 電流不足のオシレータにより低エネルギー動作を保証
- 短い起動時間
- 動的システム・クロック分割
- 32 kHz 周辺モジュールのクロック・プリスケーラの選択肢
- クロック・ゲーティング
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エネルギー管理
電圧レギュレータ
すべての Silicon Labs EFM32 MCU には、動作中に供給される電圧を適切な内部電源に変えるオンチップ電圧レギュレータが備わっています。供給される電圧範囲（1.85〜3.8 V）に関係なく、オンチップ・レギュレータがすべての必要な電圧を生成するため、EFM32 MCU に電力供給するのが容易となります。
電圧コンパレータ
電圧コンパレータは、供給電圧が臨界レベルに達した場合に警告する簡単な方法を提供します。電圧レベルが低すぎる場合には、リセット管理ユニットが自動的にリセットを開始する一方で、電圧コンパレータは内部バンドギャップ・リファレンスに対する供給電圧を比較します。また、電圧コンパレータをソフトウェアでデューティ・サイクルさせ、エネルギー消費量を削減することができます。特徴は以下の通りです。
- 64ステップで分割可能な VDD を完全なコンパレータ入力として選択可能
- 内部 1.25 V バンドギャップ・リファレンス
- 内部 VDD バンドギャップ・リファレンスの低消費電力モード
- 選択可能なエッジでの非同期割り込み生成
パワー・オン・リセット（POR）
EFM32 MCU に電源が投入されると、パワー・オン・リセット（POR）が適切な動作電圧に達した際に入力供給電圧と信号を監視し、MCU が正しい起動状態にあることが保証されます。パワー・オン・リセット（POR）周辺装置は非常に低い消費電力で、印加電力を監視し、ソフトウェアで使用するためにリセット・レジスタ（Reset Cause register）のリセット原因を設定します。
電圧降下検出器
供給電圧が動作中に電圧しきい値を下回ると、「電圧降下」が発生します。電圧降下検出器は MCU をリセットさせて、予期しないプログラム実行やデータ破損を防ぎます。EFM32 には2つの電圧降下検出器が備わっています。1つは外部の未制御電源用、もう1つは制御されている 1.8 V レール用です。
注：電圧降下検出モードは EM0–EM3 で有効化され、EFM32 Leopard Gecko、Giant Gecko、および Wonder Gecko MCU の EM4 で利用可能です。
シリアル・インターフェイス
UART
多くの場合、シリアル通信が組み込みシステムで使用され、UART により広範に及ぶ外部装置との効率的な通信が可能となります。UART は非常に柔軟なシリアル I/O モジュールで、全二重および半二重の非同期 UART 通信をサポートしています。
UART 周辺装置の特徴は以下の通りです。
- 動作モード、フレーム・フォーマット、およびプログラム可能なボーレートの広範にわたる選択肢
- アドレス指定されていない際に UART がアイドル状態を維持することができるマルチ・プロセッサ・モード
- 最小限の CPU 介入で高データ・レートを達成するためのトリプル・バッファリングおよび DMA サポート
Low Energy UART
低周波数 32 kHz クロックを使用して完全な UART 通信を提供する EFM32 低エネルギー UART には、最小限のソフトウェア介入とエネルギー消費で非同期シリアル通信を可能にするのに必要なハードウェア・サポートが含まれています。低エネルギー UART のメリットは EM2（ディープ・スリープ）で動作する能力です。他のほとんどのモジュールでは省エネのためにオフとなります。
アプリケーション・ノートをダウンロード: 低エネルギー UART 周辺装置の詳細については、こちらをご覧ください
USART
多くの場合、シリアル通信が組み込みシステムで使用され、UART により広範に及ぶ外部装置との効率的な通信が可能となります。USART 周辺装置は、高速 UART、SPI バス、SmartCard、および IrDA 通信を処理します。特徴は以下の通りです。
- 非同期および同期（SPI）通信
- 全二重および半二重
- 個別の受信/送信2レベル・バッファ
- プログラム可能なボーレート
- 様々な非同期および同期モードのサポート
- I²S サポート（EFM32 Zero Gecko、Tiny Gecko、Leopard Gecko、Giant Gecko、および Wonder Gecko）
- データを最初に LSB または MSB で送信可能
- 設定可能なデータおよびストップ・ビット数
- HW 衝突検出
- マルチ・プロセッサ・モード
- USART0 の IrDA モジュレータ
- SmartCard モード（ISO7816）
- ループバック・モード
I²C インターフェイス
I²C モジュールにより、1 つのデータと 1 つのクロック・ラインを使用するだけで、集積回路間の単純かつ堅牢で費用対効果の高い通信が可能となります。DMA の助力があれば、I²C インターフェイスにより、最小限の CPU 介入で I²C 通信が実現します。すべてのエネルギー・モードでアドレス認識が利用可能なため、MCU はサブ μA 電流消費で I²C バス上のデータを待機することができます。
- 最大 2 つの I²C 周辺装置を含む
- I²C および SMBus サポート
- データ・レートは最大 1 Mbps
- EM3 のハードウェア・アドレス認識（ストップ・モード）
I/O ポート
外部バス・インターフェイス
外部バス・インターフェイスは、SRAM、フラッシュ、ADC、LCD などの普通の外部パラレル・インターフェイス・デバイスへのアクセスを簡素化する多目的非同期パラレル・アドレス/データ・バスです。インターフェイスは Cortex-M のアドレス・バスにマッピングされたメモリで、これにより読み取りまたは書き込みが実行されるたびに I/O レベルのアクセスを必要とせずに、シームレスなソフトウェア・アクセスが可能となります。外部バス・インターフェイスは DMA でインターフェイス接続することができるため、EM1（スリープ・モード）での動作が可能となります。
- データおよびアドレス・ラインは、外部装置とのインターフェイス接続に必要となるピン数を減らすために多重化することができます。
- タイミングは、外部デバイスの仕様を満たすために、調整可能かつチップ・セレクト・バンクごとに個別となっています。
- インターフェイスは非同期デバイスに制限されます（クロック信号は利用不可）。
外部割り込み
Silicon Labs の EFM32 MCU I/O には16の外部割り込みが備わっています。システムのイベントとステータスの通知にはこれほどの数は必要ありません。外部割り込みは、ネスト型ベクトル割り込みコントローラ（NVIC）で立ち上がり/立ち下がりエッジおよび優先度の異なるレベルをトリガするように設定することができます。Cortex-M コア・プロセッサは高速でネストされた割り込みリクエストをサポートしており、システムに並外れた応答時間と低遅延能力を提供します。
タイマおよびトリガ
タイマ/カウンタ
ほとんどのアプリケーションには、可能な限り少ない CPU 介入および少ないエネルギー消費で正確に計時する必要があるアクティビティがあります。高周波数タイマ/カウンタ周辺装置はタイミングおよびカウント・イベントを追跡して出力波形を生成し、その他の周辺装置の時限アクションをトリガします。
- 最大 3つの 16 ビットタイマ
- アップ、ダウン、アップ/ダウン・モード
- 直交デコーダ
- 3 キャプチャ/コンペア/PWM
- TIMER0 のデッドタイム挿入
- SysTick タイマ
- Cortex-M に統合
- OS タイマ
周辺装置リフレックス・システム（PRS）
Silicon Labs の EFM32 MCU のリフレックス・システムにより、CPU を介さずに1つの周辺装置を他の周辺装置に直接接続することが可能となります。このシステムなら、CPU がスリープのままの状態で、周辺装置は他の周辺機器が消費して瞬時に反応できる信号を生成することができます。
低エネルギー・タイマー
低エネルギー・タイマはほとんどのデバイスの電源が切断されている際にタイミングおよび出力生成のために使用することができ、これによりシステムの消費電力を最小限に維持しながら簡単な作業を行うことができます。低エネルギー・タイマはリアルタイム・カウンタ（RTC）に接続されており、RTC からのコンペア・マッチでカウントを開始するように構成することもできます。バッファ・リピートおよびトップ値レジスタで、低エネルギー・タイマは最大 16 kHz の周波数でグリッチのない波形を提供することができます。
- 16ビット・カウンタ、8ビット・リピート
- LFXO/LFRCO からクロック駆動
- 波形生成
- 外部部品/センサーのデューティ・サイクル制御
I/O ポート
パルス・カウンタ
パルス・カウンタは、特定数のパルスまたは回転が検出された後に割り込みを発生させるので、タイミングまたは I/O 割り込みおよび CPU 処理の必要性が排除されます。周辺装置：
- 最大 3 つの 8/16 ビット・パルス・カウンタを組み込み
- 着信立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジをカウント
- 割り込み方向の変更を含める（非同期直交デコーダ）
リアルタイム・カウンタ（RTC）
多くのアプリケーションにはほとんどアクティビティを必要としない長い時間間隔があり、エネルギーを節約するためにはこうした間隔は適切なスリープ・モードになる必要があります。RTC 周辺装置により、低エネルギー・モードでの計時が保証されます。低消費電力 32 kHz オシレータと組み合わせることで、0.6 μA 未満の消費電流で RTC を EM2（ディープ・スリープ）で実行することができます。EM2 では、コアおよび高速の周辺装置はシャットダウンされる一方で、LCD コントローラ、低エネルギー UART、および RTC などの低エネルギーの周辺装置は有効化することが可能です。
監視タイマ
監視タイマは、ソフトウェア障害や外部イベントで MCU が応答不可になった場合に、安全で既知の状態にシステムをリセットすることで、アプリケーションの信頼性を向上させます。監視タイマを有効にすると、設定可能なタイムアウト時間が実装され、CPU が監視タイマの再起動に失敗した場合でも、タイムアウトする前に完全なシステム・リセットがトリガされます。
監視タイマが消費するのは軽微な電力だけで、これにより1回につき最高32秒まで低エネルギー・モードでデバイスを安全に維持することができます。
- システムに障害が発生した場合にタイムアウトをリセット
- 9〜256 k クロック・サイクルのタイムアウト
- ULFRCO/LFXO/LFRCO からクロック駆動
- 選択されたオシレータを有効化または無効化する意図しない変更を避けるためにロック
アナログ・インターフェイス
アナログ-デジタル・コンバータ（ADC）
アナログ-デジタル・コンバータ（ADC）は、アナログ信号をデジタル表示に変換するために使用されるものです。
- 8つの外部入力チャンネル
- わずか 350 µA で 12ビット@ 1 Msps で
- 1000個の 6 ビット・サンプル/秒でわずか 0.5 μA
統合された入力ミックスは、8つの外部ピンと6つの内部信号からの入力を選択することができます。PRS および DMA を使用する場合、ADCは電源の入ったリソース数を最小限に抑え、CPU の介入なしに動作することが可能です。さらに、エネルギー消費を削減するために、ADC をデューティ・サイクルさせることができます。
デジタル-アナログ・コンバータ（DAC）
デジタル-アナログ・コンバータ（DAC）は、限られたエネルギー量でアナログ信号をデジタル値に変換することができます。DMA とタイマを使用すれば、DAC を使用して CPU の介入なしに波形を生成することができます。
- わずか 200 µA で 12ビット＠ 500ksps
- 2つの独立したチャンネル
- 連続のサンプル・ホールドおよびサンプル・オフ変換モード
- 正弦波生成モード
LCD コントローラ
EFM32 MCU には、外部部品を最小限に抑えるための内部バイアス電圧回路およびブースト・コンバータが備わった自己完結型の超低消費電力 LCD ドライバが含まれています。EM2（ディープ・スリープ）で 2 μA 未満しか消費しない LCD ドライバは、最大 8x36 セグメントまでセグメント化された LCD ディスプレイを駆動することができます。
低消費電力 LCD ドライバにより、エネルギー・クリティカルなシステムでもアプリケーションは LCD ディスプレイを利用することができるようになります。
- 昇圧機能により、デバイスへの供給電圧よりも高い電圧を LCD ディスプレイに提供することが可能となります。
- アニメーション機能により、CPU の介入なしに、LCD ディスプレイ上でカスタム・アニメーションを実行することができます。
- LCD ドライバは EM2 でもアクティブのままにすることができ、データ更新のために定期的にデバイスをウェイクアップするフレーム・カウンタ割り込みを提供することができます。
アナログ・コンパレータ
アプリケーションは通常、特定のしきい値を超す場合にのみ、アナログ信号の正確な値を知る必要があります。アナログ・コンパレータは、どちらの入力電圧が高いかを示すデジタル出力をもって、2つのアナログ入力の電圧を比較するために使用されます。入力は、選択可能な内部リファレンスか外部ピンからのもののいずれかで、コンパレータ出力は GPIO または PRS に直接送信することができます。
- 最大2つのアナログ入力（正1つおよび負1つ）
- コンパレータ当たり8つの入力ピン
- 設定可能な速度/電流 4.5 µs/0.1 µA0.2 µs/2 µA
- 静電容量式センス・モード
セキュリティ
AES 暗号化アクセラレータ
Silicon Labs の EFM32 MCU には、128 ビット・ブロック・サイズと 128 ビットまたは 256 ビット・キーで使用できるハードウェア AES アクセラレータが含まれています。これには、ほとんどまたは全く CPU の介入が必要なく、著しく暗号化/復号化時間が短縮されます。AES モジュールは AHB スレーブで、これによりデータおよびキー・レジスタへの効率的なアクセスが可能となります。
- 暗号化/復号化
- 54/75サイクルで128/256ビット・キー
- ソフトウェアよりも20〜80倍高速
- オンザフライ・キーの生成
- メモリ不要
- 128ビット・モードのキー・バッファ
- キーのリロードなし
- 自律型暗号モードの DMA サポート
