瑞萨电子谈RL78如何降低环境传感器系统的维护成本
关于rl78的cpu在工业工厂和厂房中，希望降低环境传感器系统的维护成本时，可以通过降低传感器功耗来实现。这周我们继续来谈谈瑞萨电子的产品是如何做到的吧。
以每10秒进行一次测量的系统为例，在待机状态下，需要测量时间间隔（10秒）。也就是说，必须要有一组保持运行状态的定时器。除此之外，待机模式必须能够处理外部信号输入（外部中断或串行数据）。测量的操作状态和待机状态的范例如（图6）所示。
* 图6 测量操作和待机期间的处理流程（双击图片放大）
g11待机功能的说明如下。g11提供三种不同的待机模式，分别称为halt，stop和snooze（图7）。
* 图7 rl78/g11 的三种待机模式（双击图片放大）
halt模式从cpu的run模式进入，当收到中断时，cpu返回run模式。在halt模式下，几乎所有外围功能都可以操作。
stop模式与halt模式一样是从cpu的run模式进入的，当收到中断时，cpu返回run模式。某些定时器、安全功能和doc（数据操作电路）在此模式无法使用，但其他外围功能仍可操作。
snooze模式是一种特殊模式，当微控制器接收到串行数据，a/d转换结束信号，或dtc（data transfer controller，数据传输控制器）启动源请求时，系统从stop模式进入snooze模式。如果产生中断，cpu会被唤醒，否则微控制器还是返回stop模式。snooze模式是一种可以进行串行数据通讯、a/d转换和缓存器设置（dtc 的缓存器重写）的待机模式，该模式下并不会唤醒cpu。
微控制器的功耗取决于模式，通常可以如下排序：
stop < snooze < halt < cpu run
功耗往右侧是增加。run模式和stop模式之间，操作电流（电源的电流特性）的比较，结果如下。
cpu run模式：1.4 ma（24 mhz操作，hs模式，-40ºc至+85ºc，典型值）
stop模式：0.25μa（+25ºc，典型值）
在此可以看出，stop 模式下的电流消耗仅为run模式的0.02％。
在g11的stop模式下，可以进行间隔定时器的操作。间隔定时器用于定期从停止模式返回到run模式，来获取粉尘传感器数据。外部信号输入可以通过stop和snooze模式的组合来处理，进而可以满足来自外部系统的测量结果查询需求。g11提供的elc（event link controller，事件链接控制器）和dtc功能，可用于检测外部中断，操作间隔定时器和使用比较器匹配。
快速异常检测和无延迟处理
本节介绍检测到错误（异常）时的处理方法。
制造厂房中的环境传感器，检测到异常情况时，可能的处理流程如（图8）所示。图中所示的步骤，需要以最小的延迟执行，即使微控制器当时处于待机模式也是一样。
* 图8 检测到异常时的处理步骤（双击图片放大）
例如，在以10秒间隔进行测量的系统中，如果在测量完成后立即发生异常（cpu从run变为standby），则在最糟糕的情况下，cpu可能不会在10秒内唤醒（图9（a））。对于要确保对异常的快速反应，这就是个问题。因此，cpu在停止（待机状态）时也能够进行异常检测的系统，就会受到期待。使用g11时，stop和snooze模式的组合，可用于监控传感器输出，并在待机期间也能触发警报信号（图9（b））。
* 图9 检测到异常时的cpu操作（双击图片放大）
（图10）图标了利用g11的外围功能，进行异常检测的方法。在图（10（b））中，doc在没有cpu干预的情况下，执行16位比较、加法和减法。在（图10（a）和（b））中，dtc执行缓存器操作，例如在cpu停止期间进行内存之间的数据传输。g11还提供中断标志输出功能，输出intfo信号。通过这些功能的适当组合，可以在不唤醒cpu的情况下输出警报信号。
* 图10 使用rl78/g11外围进行异常检测（双击图片放大）
当异常检测和或警报输出完成时，微控制器返回cpu run模式。由于诸如切换频率，和等待芯片内置振荡器稳定的过程，这种类型的唤醒操作，通常需要几十微秒。但是，使用g11，通过选择合适的工作时钟频率，以及正确的闪存操作模式，cpu唤醒时间可以缩短到4到5微秒（图4）。
异常检测和警报信号输出的同时系统会产生一次中断，可以快速触发唤醒 cpu，以便顺利进行后续处理。虽然可能有些情况下，需要对异常做出更直接的反应，但在大多数情况下，5微秒的反应时间已经够短了。
瑞萨电子网站上
提供的文件和有用的工具
这里描述的方法，也就是将微控制器的待机功能，用于环境传感器系统上的方法，也可以应用于其他类型 的系统。为了推广g11待机功能的理解和运用，瑞萨电子在其网站上提供了应用说明和范例程序代码。
同时，瑞萨电子还向用户免费提供一套易于使用的可视化程序设计工具——applilet ez pl for rl78（版本2.00）。逻辑电路、定时器、一般用途逻辑、微控制器功能等，都在gui面板上显示，并且可以加以组合，来创建微控制器程序。使用精灵格式（wizard format）也可以轻松完成待机功能设置。
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* 图6 测量操作和待机期间的处理流程（双击图片放大）
g11待机功能的说明如下。g11提供三种不同的待机模式，分别称为halt，stop和snooze（图7）。
* 图7 rl78/g11 的三种待机模式（双击图片放大）
halt模式从cpu的run模式进入，当收到中断时，cpu返回run模式。在halt模式下，几乎所有外围功能都可以操作。
stop模式与halt模式一样是从cpu的run模式进入的，当收到中断时，cpu返回run模式。某些定时器、安全功能和doc（数据操作电路）在此模式无法使用，但其他外围功能仍可操作。
snooze模式是一种特殊模式，当微控制器接收到串行数据，a/d转换结束信号，或dtc（data transfer controller，数据传输控制器）启动源请求时，系统从stop模式进入snooze模式。如果产生中断，cpu会被唤醒，否则微控制器还是返回stop模式。snooze模式是一种可以进行串行数据通讯、a/d转换和缓存器设置（dtc 的缓存器重写）的待机模式，该模式下并不会唤醒cpu。
微控制器的功耗取决于模式，通常可以如下排序：
stop < snooze < halt < cpu run
功耗往右侧是增加。run模式和stop模式之间，操作电流（电源的电流特性）的比较，结果如下。
cpu run模式：1.4 ma（24 mhz操作，hs模式，-40ºc至+85ºc，典型值）
stop模式：0.25μa（+25ºc，典型值）
在此可以看出，stop 模式下的电流消耗仅为run模式的0.02％。
在g11的stop模式下，可以进行间隔定时器的操作。间隔定时器用于定期从停止模式返回到run模式，来获取粉尘传感器数据。外部信号输入可以通过stop和snooze模式的组合来处理，进而可以满足来自外部系统的测量结果查询需求。g11提供的elc（event link controller，事件链接控制器）和dtc功能，可用于检测外部中断，操作间隔定时器和使用比较器匹配。
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* 图8 检测到异常时的处理步骤（双击图片放大）
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* 图9 检测到异常时的cpu操作（双击图片放大）
（图10）图标了利用g11的外围功能，进行异常检测的方法。在图（10（b））中，doc在没有cpu干预的情况下，执行16位比较、加法和减法。在（图10（a）和（b））中，dtc执行缓存器操作，例如在cpu停止期间进行内存之间的数据传输。g11还提供中断标志输出功能，输出intfo信号。通过这些功能的适当组合，可以在不唤醒cpu的情况下输出警报信号。
* 图10 使用rl78/g11外围进行异常检测（双击图片放大）
当异常检测和或警报输出完成时，微控制器返回cpu run模式。由于诸如切换频率，和等待芯片内置振荡器稳定的过程，这种类型的唤醒操作，通常需要几十微秒。但是，使用g11，通过选择合适的工作时钟频率，以及正确的闪存操作模式，cpu唤醒时间可以缩短到4到5微秒（图4）。
异常检测和警报信号输出的同时系统会产生一次中断，可以快速触发唤醒 cpu，以便顺利进行后续处理。虽然可能有些情况下，需要对异常做出更直接的反应，但在大多数情况下，5微秒的反应时间已经够短了。
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