大港超低功耗MCU公司
發(fā)布時(shí)間：2023-07-04 01:52:33
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防止投入大量精力和財(cái)力開發(fā)的新技術(shù)的研發(fā)成果被復(fù)制，在開發(fā)階段就需要采取加密保護(hù)措施。武漢瑞納捷是一家專業(yè)從事加密芯片和安全芯片研發(fā)設(shè)計(jì)的芯片公司，設(shè)計(jì)了一種針對主控為FPGA 的加密方案。 ? ?瑞納捷電子提供一個(gè)基于Verilog 的算法模塊和一顆IIC 接口的邏輯加密芯片RJGT102，算法模塊作為FPGA 代碼工程的子模塊、與其他代碼一起進(jìn)行整體的編譯生成可執(zhí)行文件下載， RJGT102芯片通過IIC 接口與FPGA進(jìn)行通信。 1. 工作流程 1、開發(fā)階段移植關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)。 2、在使用過程中，首先進(jìn)行雙向身份認(rèn)證。 3、認(rèn)證通過，密文讀回?cái)?shù)據(jù)參數(shù)。解密后還原重要參數(shù)，應(yīng)用到程序代碼的下一步運(yùn)行中。
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按鈕或鍵盤應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢鍵盤或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢自身會消耗功率，而且控制輪詢間隔也需要定時(shí)器，其會消耗附加電流。相比而言，在具備中斷情況下，CPU 可以在整個(gè)過程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時(shí)才激活。 在選擇低功率 MCU時(shí)，還需要考慮外設(shè)功耗與電源管理。某些低功率 MCU僅僅是設(shè)計(jì)時(shí)不具備低利率功能的舊架構(gòu)的改進(jìn)版本。而有些 MCU在設(shè)計(jì)時(shí)即具備低功耗特性，并在其外設(shè)中內(nèi)置了低功耗功能。一種特性是在需要時(shí)單獨(dú)啟動或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動啟動或關(guān)閉外設(shè)的能力。A/D 轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)例子，其在完成一次轉(zhuǎn)換后可以自動關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲器存取功能，其可以在無需 CPU 干預(yù)情況下自動處理數(shù)據(jù)。 最后，我們常常會誤解 mcu 處理效率。大家通常會認(rèn)為 16 位 MCU需要兩倍于 8 位 MCU的內(nèi)存，但是一個(gè) 16 位架構(gòu)實(shí)際上需要比 8 位架構(gòu)要少一些的代碼，而 16 位 MCU 一般會更快速地執(zhí)行任務(wù)。例如，8 位 MCU 需要 CPU 開銷來管理具有 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)或需要 16 位計(jì)算的應(yīng)用中的數(shù)據(jù)。而且當(dāng)今許多MCU 產(chǎn)品都具有單個(gè)工作文件或累加器，其數(shù)據(jù)必須進(jìn)行傳輸，以便處理，因此，與基于寄存器的架構(gòu)相比需要額外的 CPU 開銷。表 1 說明在 16 位現(xiàn)代架構(gòu)與8 位 8051 架構(gòu)上傳輸 10 位 A/D 數(shù)據(jù)的指令。在采用 1Mhz 時(shí)鐘情況下，16 位器件需要 6us 進(jìn)行傳輸，而 8 位器件則需要 24us。 選擇低功率 MCU是一項(xiàng)耗時(shí)、棘手的工作。如果花費(fèi)一些時(shí)間來了解可用產(chǎn)品選項(xiàng)的架構(gòu)特性，我們就能夠開發(fā)出能滿足最苛刻功率預(yù)算的設(shè)計(jì)。
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因?yàn)镽JGT101D6的RSD腳既是電源輸入腳又是數(shù)據(jù)通信腳，當(dāng)它做為數(shù)據(jù)通信腳時(shí)需要外部上拉電阻才能輸出高電平，所以我們在2個(gè)上橋臂上增加1個(gè)公用的2.2KΩ上拉電阻后到電源VCC。發(fā)熱絲工作時(shí)需要1A以上的電流，不能用有上拉電阻的H橋來驅(qū)動，因?yàn)樯侠娮钑拗戚敵鲭娏?，需要另外設(shè)計(jì)2個(gè)上橋臂，也就是圖中的MOS5和MOS6。當(dāng)發(fā)熱絲需要工作當(dāng)時(shí)，MOS5或者M(jìn)OS6導(dǎo)通，電池電流直接驅(qū)動發(fā)熱絲，通過下橋臂MOS2或者M(jìn)OS4流入到GND。 ? ?上一章中提到，我們將煙彈內(nèi)部的發(fā)熱絲和加密芯片RJGT101D6采用串聯(lián)連接。因?yàn)橹挥蠷JGT101D6是由極性的，我們考慮設(shè)計(jì)一個(gè)單向旁路電路與RJGT101D6并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)RJGT101D6正向工作反向旁路的效果。經(jīng)過驗(yàn)證我們選用了P-MOS管設(shè)計(jì)單向旁路電路，當(dāng)然也可以用N-MOS管。但不能用二極管，因?yàn)槎壒艿恼驅(qū)▔航荡笥?.3V，相當(dāng)于給RJGT101D6提供了負(fù)0.3V的工作電壓，這會導(dǎo)致其損壞。事實(shí)上很多邏輯芯片的工作電壓都不能小于負(fù)0.3V。發(fā)熱絲和RJGT101D6不能并聯(lián)也是出于過高的負(fù)電壓會損壞RJGT101D6考慮的，因?yàn)榘l(fā)熱絲的瞬時(shí)壓降會到達(dá)3V以上。
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在使 MCU 能夠達(dá)到電流預(yù)算的所有功能中，斷電模式重要。低功耗 MCU具有可提供不同級別功能的斷電模式。例如，TI 超低功耗 MCU MSP430 系列產(chǎn)品可以提供 5 種斷電模式。低功耗模式 0 （LPM0） 會關(guān)閉 CPU，但是保持其他功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。LPM1 與 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各種時(shí)鐘功能。LPM3 是常用的低功耗模式，只保持低頻率時(shí)鐘振蕩器以及采用該時(shí)鐘的外設(shè)運(yùn)行。LPM3 通常稱為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式，因?yàn)樗试S定時(shí)器采用低功耗 32768Hz 時(shí)鐘源運(yùn)行，電流消耗低于 1uA，同時(shí)還可定期激活系統(tǒng)。LPM4 完全關(guān)閉器件上的包括 RAM 存儲在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 100 毫微安。 時(shí)鐘系統(tǒng)是MCU功耗的關(guān)鍵。應(yīng)用可以每秒多次或幾百次進(jìn)入與退出各種低功耗模式。進(jìn)入或退出低功耗模式以及快速處理數(shù)據(jù)的功能極為重要，因?yàn)?CPU會在等待時(shí)鐘穩(wěn)定下來期間浪費(fèi)電流。大多低功耗 mcu 都具有“即時(shí)啟動”時(shí)鐘，其可以在不到 10～20us 時(shí)間內(nèi)為 CPU 準(zhǔn)備就緒。但是，重要的是要明白哪些時(shí)鐘是即時(shí)啟動、哪些非即時(shí)啟動的。某些 MCU 具有雙級時(shí)鐘激活功能，該功能在高頻時(shí)鐘穩(wěn)定化過程中提供一個(gè)低頻時(shí)鐘（通常為32768Hz），其可以達(dá)到 1 毫秒。CPU 在大約 15us 時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，但是運(yùn)行頻率較低，效率也較低。如果 CPU 只需要執(zhí)行數(shù)量較少的指令的話，如：25 條，其需要 763us。CPU 低頻比高頻時(shí)消耗更少的電流，但是并不足于彌補(bǔ)處理時(shí)間的差異。相比而言，某些 MCU 在 6 微秒時(shí)間內(nèi)就可以為 CPU 提供高速時(shí)鐘，處理相同的 25 條指令僅需要大約 9us（6us 激活＋25 條指令′0.125us指令速率），而且可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動的高速串行通信。
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物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時(shí)代的來臨，萬物互聯(lián)。與其它的很多行業(yè)一樣，在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的同時(shí)，安全問題也伴隨而生。越來越多的物聯(lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)OT設(shè)備向以IP為主的IT世界轉(zhuǎn)型，IoT的增長速度遠(yuǎn)超過網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品的迭代速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年，全球?qū)⒂?70億終端，其中100億 活躍于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。而企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品仍然以防火墻、入侵檢測、殺毒軟件“老三樣”為主，物聯(lián)網(wǎng)IoT安全產(chǎn)品寥寥無幾。目前物聯(lián)網(wǎng)終端面臨的安全形勢不容樂觀，安全事件層出不窮，而且一次比一次規(guī)模大，影響深遠(yuǎn)。 像智能家居，智能搖控器、互聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)設(shè)備、煙感偵測裝置等lot產(chǎn)品都是電池供電應(yīng)用，這些產(chǎn)品會用到低功耗mcu。大多mcu 芯片廠商都能提供低功耗低功耗產(chǎn)品，但是選擇一款適合您自己應(yīng)用的芯片并非易事，特別是涉及到lot產(chǎn)品終端安全方面，很多廠家的mcu都顯得無能為力。目前市場中絕大部分mcu在設(shè)計(jì)時(shí)僅僅考慮mcu產(chǎn)品功能應(yīng)用，并未考慮安全問題。若需對LOT終端產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)，需外加一個(gè)SE安全單元，無形增加了客戶的產(chǎn)品硬件成本。