吳川低功耗MCU廠家
發(fā)布時(shí)間：2024-02-19 01:34:27
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武漢瑞納捷推出的RJM8L151系列低功耗MCU，在煙霧報(bào)警器上得到廣泛應(yīng)用，相較于其它品牌的單片機(jī)有如下特點(diǎn)： 1. RJM8L151自帶AES128加密算法器 煙感通過(guò)LoRa無(wú)線通訊與后臺(tái)完成數(shù)據(jù)交互，相應(yīng)的協(xié)議中要求使用AES128算法，常見(jiàn)的方案是通過(guò)軟件去實(shí)現(xiàn)，會(huì)占用一定的FLASH代碼空間，同時(shí)軟件算法較硬件運(yùn)行耗時(shí)較長(zhǎng)，占用CPU資源，同時(shí)也增加了功耗； 2. RJM8L151內(nèi)置有真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 煙感會(huì)定時(shí)與后臺(tái)交互數(shù)據(jù)，通過(guò)隨機(jī)數(shù)設(shè)置錯(cuò)開(kāi)各個(gè)設(shè)備與后臺(tái)的交互時(shí)間，避免出現(xiàn)信道冗堵的情況。事實(shí)上常見(jiàn)的方案是通過(guò)偽隨機(jī)數(shù)去實(shí)現(xiàn)，由于種子一樣，會(huì)出現(xiàn)有個(gè)多個(gè)設(shè)備同時(shí)與后臺(tái)交互數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器杜絕了此類(lèi)情況的發(fā)生； 3. 寬泛的工作電壓 RJM8L15的工作電壓范圍在1.62V-5.5V，在電池電壓較低的情況下還能繼續(xù)工作，電池得到有效利用，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用時(shí)間； 4. 低功耗，休息狀態(tài)下不用喚醒 深度休眠狀態(tài)下功耗在350nA以下，能定時(shí)喚醒，中途不用喂看門(mén)狗，有效保證報(bào)警器工作5年以上。
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因?yàn)闊o(wú)人機(jī)飛控子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度大，需要投入大量的人力物力，目前只有少數(shù)廠家掌握了其核心開(kāi)發(fā)技術(shù)，其開(kāi)發(fā)出來(lái)的主控MCU代碼價(jià)值不菲，迫切需要保護(hù)以防被盜。下圖是采用RJGT102做的無(wú)人機(jī)保護(hù)方案框圖。 ? RJGT102采用了SHA256對(duì)稱(chēng)加密算法，256位的大數(shù)加密，破解成本極高。該芯片有TSOP8和SOP23-6兩種封裝，滿足客戶不同場(chǎng)景的需求。每片RJGT102都有的客戶編碼，非常適合做防抄板，防抄軟件，管控工廠生產(chǎn)數(shù)量，防止方案外泄等。 一、 加密算法強(qiáng)度高 8字節(jié)Key（可動(dòng)態(tài)更換），8字節(jié)UID，8字節(jié)隨機(jī)數(shù)，32字節(jié)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，512bit數(shù)據(jù)源，不可以從消息摘要中復(fù)原信息，兩個(gè)不同的消息不會(huì)產(chǎn)生同樣的消息摘要，修改消息中的一個(gè)比特即會(huì)引起雪崩效應(yīng)，輸出32字節(jié)報(bào)文摘要（MAC）。
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按鈕或鍵盤(pán)應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢(xún)鍵盤(pán)或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢(xún)自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢(xún)間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)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(guò)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(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動(dòng)啟動(dòng)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(dòng)關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲(chǔ)器存取功能，其可以在無(wú)需 CPU 干預(yù)情況下自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。 最后，我們常常會(huì)誤解 mcu 處理效率。大家通常會(huì)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(huì)更快速地執(zhí)行任務(wù)。例如，8 位 MCU 需要 CPU 開(kāi)銷(xiāo)來(lái)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(kāi)銷(xiāo)。表 1 說(shuō)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(lái)了解可用產(chǎn)品選項(xiàng)的架構(gòu)特性，我們就能夠開(kāi)發(fā)出能滿足最苛刻功率預(yù)算的設(shè)計(jì)。
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IO口的上下拉電阻消耗電流這一因素相對(duì)比較明顯，下邊咱來(lái)說(shuō)一個(gè)不明顯的因素：IO口與外部IC相連時(shí)的電流消耗。假如某個(gè)IO口自帶上拉，而此與IO相連的IC引腳偏偏是自帶下拉的，那么無(wú)論這個(gè)引腳處于什么樣的電平輸出，都不可避免的產(chǎn)生一定的電流消耗。所以凡是遇見(jiàn)這一類(lèi)的情況，首先需要閱讀外設(shè)IC的手冊(cè)，確定好此引腳的的狀態(tài)，做到心中有數(shù);然后在控制MCU睡眠之前，設(shè)置好MCU的IO口的上下拉模式及輸入輸出狀態(tài)，要保證一絲兒電流都不要被它消耗掉。 5、斷開(kāi)調(diào)試器連接，不要被假象所迷惑 還有一類(lèi)比較奇特，檢測(cè)出來(lái)的電流消耗很大，可實(shí)際結(jié)果是自己杞人憂天，什么原因呢?是因?yàn)樵跍y(cè)試功耗的時(shí)候MCU還連接著調(diào)試器呢!這時(shí)候大部分電流就會(huì)被調(diào)試器給擄走，平白無(wú)故的讓工程師產(chǎn)生極度郁悶的心情。所以在測(cè)低功耗的時(shí)候，一定不要連接調(diào)試器，更不能邊調(diào)試邊測(cè)電流。 總結(jié)：MCU的低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致活，要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，做到每添加一個(gè)功能都要重新驗(yàn)證一下低功耗是否符合要求，這樣就可以隨時(shí)隨地干掉消耗功率的因素。如果把所有功能都設(shè)計(jì)好了才去考慮低功耗的問(wèn)題，一個(gè)不小心，就可能要更改程序的架構(gòu)——即便如此也不一定能把功耗給徹底降下去。
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另外，如果 MCU時(shí)鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多個(gè)時(shí)鐘源的話，當(dāng) CPU 處于睡眠狀態(tài)時(shí)外設(shè)仍然可以運(yùn)行。例如，一次 A/D 轉(zhuǎn)換可能需要一個(gè)高速時(shí)鐘。如果 mcu 時(shí)鐘系統(tǒng)提供獨(dú)立于 CPU 的高速時(shí)鐘，CPU 就可以在 A/D 轉(zhuǎn)換器運(yùn)行情況下進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而節(jié)省 CPU 耗流量。 事件驅(qū)動(dòng)功能與時(shí)鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會(huì)使 mcu 退出低功耗模式，因此，MCU的中斷越多，其防止浪費(fèi)電流的 CPU 輪詢(xún)與降低功耗的靈活性就越大。輪詢(xún)意味著進(jìn)行與不進(jìn)行功耗預(yù)算之間存在差異，因?yàn)樗诘却霈F(xiàn)事件時(shí)會(huì)浪費(fèi)CPU 帶寬并需要額外電流。一個(gè)好的低功耗 MCU 應(yīng)具有充分的中斷功能，為其所有外設(shè)提供中斷，同時(shí)為外部事件提供眾多外部中斷。 按鈕或鍵盤(pán)應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢(xún)鍵盤(pán)或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢(xún)自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢(xún)間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)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(guò)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(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動(dòng)啟動(dòng)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(dòng)關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲(chǔ)器存取功能，其可以在無(wú)需 CPU 干預(yù)情況下自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。 大多MCU 具有集成的掉電保護(hù)功能，當(dāng)電源低于正常操作范圍時(shí)其可以復(fù)位 MCU。通常會(huì)提供啟動(dòng)或關(guān)閉掉電保護(hù)以節(jié)省功耗的功能，但是必須在整個(gè)過(guò)程中都使掉電保護(hù)功能置于可用狀態(tài)，因?yàn)榈綦娛遣豢深A(yù)測(cè)的。某些 MCU需要70uA 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。在只需要 45uA 平均電流的應(yīng)用實(shí)例中很明顯可以不考慮這些 MCU。----在選擇低功耗 mcu 期間有時(shí)會(huì)忽視漏電流，但是，在苛刻的低功耗應(yīng)用中則必須考慮到漏電流。大多改進(jìn)后的低功耗 MCU都具有 1uA 的限定輸入漏電流。在 20 輸入器件中，它可能會(huì)消耗 20uA！針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的新 MCU具有高50nA 的漏電流。
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芯片介紹 RJGT102是一顆自帶SHA256加密算法的芯片，其存儲(chǔ)容量為176Byte，包含指令寄存器、源地址寄存器、目的地址寄存器等，該芯片根據(jù)指令寄存器的值進(jìn)行譯碼，進(jìn)行SHA-256運(yùn)算和搬移等操作，完成認(rèn)證加密工作。 芯片具有一次可編程單元、對(duì)應(yīng)的用戶ID，并且內(nèi)部設(shè)有POR電路和LDO模塊，可提供可配置的看門(mén)狗定時(shí)器和對(duì)外復(fù)位功能，與MCU可通過(guò)IIC串行接口通信，支持低功耗模式。 該芯片存儲(chǔ)主要分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、密鑰存儲(chǔ)區(qū)和控制存儲(chǔ)區(qū)等三個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)區(qū)中的一個(gè)PAGE數(shù)據(jù)和密鑰區(qū)的數(shù)據(jù)將會(huì)參與到SHA256的加密算法。 SHA-256加密模式輸入包括8Byte的密鑰，32Byte的PAGE數(shù)據(jù)（任意一個(gè)PAGE區(qū)），8Byte的UID，8Byte的隨機(jī)數(shù)，8Byte的關(guān)鍵常數(shù)（芯片內(nèi)部固化了）。輸出32Byte的報(bào)文摘要（MAC）。由于SHA-256具有不可以從消息摘要中復(fù)原信息、兩個(gè)不同的消息不會(huì)產(chǎn)生同樣的消息摘要、修改消息中的一個(gè)比特即會(huì)引起雪崩效應(yīng)等特點(diǎn)，因此SHA-256電路能以很高的安全性提供認(rèn)證功能。