传感器集线器能发挥哪些作用

当今的便携式设备依靠集成到其硬件中的传感器和外围设备来持续监控其周围环境。能够生成和处理该级别的上下文感知数据是这些设备如何继续变得更智能、更复杂地利用用户应用程序的数据的关键。传感器有效地充当智能设备的大脑。

但整合更多传感器和外围设备并生成随之而来的数据，还需要集成更强大的CPU，这些 CPU 能够使计算跟上所需的速度。这带来了另一个问题：在硬件中加入更多的传感器和 CPU 会增加设计的尺寸、制造成本以及跟上不断发展的功能要求所需的功耗率。您如何在不牺牲传感器核心功能的情况下降低对硬件的功率、尺寸和费用要求?

对于工程师而言，目标需要在于构建基于高级微控制器(MCU) 的架构，其中可以尽可能减少 MCU 必须保持唤醒的时间量。这样做需要从 MCU 中卸载传感器和内存之间耗时耗电的数据传输。

这就是传感器集线器发挥作用的地方。这些小型 CPU 内核与传感器连接，以减轻对片上系统 (SoC) 主处理器的资源密集型需求，在后台执行操作并仅在需要时“唤醒”主处理器。通过这种方式，传感器集线器或传感器节点控制器(SNC) 可以满足传感器和外围设备访问的“始终在线”要求，同时降低功耗率和设计成本。

最大限度地减少具有多个传感器的系统的能耗

延长具有多个传感器的系统的使用寿命依赖于优化电源使用，同时最大限度地减少硬件主处理器的“唤醒”时间。集成的专用硬件状态机可以承担通常分配给处理器的重复性任务——如传感器轮询和读取——以服务于低功耗、传感器集线器功能。

由于 SNC 能够快速唤醒并使用更少的块将数据从传感器和外围设备传输到内存，反之亦然，因此它能够在主处理器继续休眠时自行接管这些功能。传感器集线器还能够执行自己的简单数据操作，确保主处理器真正需要启动的唯一时间是执行可能需要的任何复杂数据处理。

允许主 CPU 休眠更长的时间，而不是依靠它来完成每一项任务，这对节省功耗大有帮助。这当然是 SoC 架构的主要优势，该架构利用专用硬件来执行传感器和外围数据操作。但是，这种方法确实有一个明显的缺点：编程的复杂性。SNC 是在汇编中编程的，因此很难调试。因此，以类似于 MCU 的方式轻松编程、调试和充分利用 SNC 的底层功能是传感器集线器面临的最大挑战。

将 SNC 与可简化编程复杂性的框架配对

降低编程复杂性需要将完整、易于使用的编程框架与 SNC 集成。

该框架需要简化 SNC 内的微码开发。定义和合并其中一种 C 编程语言是必须的，这样传感器集线器才能在汇编的同时支持类 C 编程。这种混合编程代码模型包括跨 SNC 和主处理器的代码开发，提供完整、易于使用的 API程序集和类 C 函数，使编程和调试对开发人员更加友好。

智能设备的未来贯穿于 SNC

最终，传感器集线器架构成功地将集成多个传感器和外围设备的便携式系统的功耗降至最低。其专用的、复杂的硬件状态机将以前强制执行的重复性任务卸载到不断唤醒、耗电的主应用处理器上。当与开发人员友好的编程框架结合使用时，它可以简化固有的编程复杂性，以实现更直观的使用。

当谈到为智能设备和连接传感器的未来提供动力时——并且以同时优化电力使用、设计尺寸和生产成本的方式这样做——传感器节点控制器正在为开发人员和制造商铺平道路。

　　审核编辑：汤梓红