14.1 初学者重要提示
- j6 J3 V1 v* U- h1、  电源管理部分涉及到的各种低功耗方式会在后面章节中为大家讲解，当前阶段仅需了解低功耗属于电源管理部分即可。
" L: ?/ S& @: @0 }& s
: V0 _9 w/ J# d) A2、  电源管理部分最繁琐的就是CPU，D1，D2，D3域的各种运行，待机，停机状态切换，这部分知识点也放在后面低功耗章节学习。

6 E' \- u3 j! W$ V5 R" Y& _  k/ z14.2 电源
! f1 D7 k; ?( @. n+ s电源是系统稳定运行的根本，主要分为以下几个知识点，电源供电、供电监控、电源管理和低功耗。当前阶段主要了解电源供电和硬件上电时序。

: K4 o+ R1 w% A+ f# u- K7 f14.2.1 电源供电
学习STM32H7的电源供电，往往被一堆电源标识Vdd，Vdda，Vcap，Vss等搞迷糊，这些标识整明白了，电源供电部分也就理解了，首先看下面的框图：

这些常用标识的解释如下：

  k$ f# Q2 W0 q3 b
5 v, Z$ q0 U1 E, l+ Y对于电源供电部分了解了这些知识点就够用。
: \. y9 [+ P- w6 I
6 e+ j4 D1 T+ J* y1 ~14.2.2 系统上电启动
2 \0 j* Q9 P1 _系统上电到程序开始运行期间，H7都做哪些工作，一张时序图可以说明问题：
6 D) l4 S3 {* j, n' \: y; E
0 N! q0 |, C/ H4 ^7 |( y

3 o! a# X6 k6 H
对于上面的截图，主要看Operating mode部分，依次是Power down –> Reset -> Wait Oscillator ->HW system init -> Run -> Wait ACTVOS RDY –> Run，即断电状态 -> 复位状态 -> 等待HSI就绪->硬件初始化 -> 运行 -> 等ACTVOS位就绪 -> 正式运行。

. M9 D) d  d7 v& ?详细些的执行流程如下：

  当系统上电后，POR（Power on reset 上电复位）会检测VDD供电，当VDD大于POR设置的阀值时，将使能电压稳压器，注意看VDD那条线的变化。
; `" n( y% h% N% j6 W  看VCORE那条曲线，只要VOSRDY未就绪，就会一直处于复位状态。
  一旦VCORE正常输出，系统将走出复位状态，内部高速RC振荡器HSI将使能。
  HSI稳定后，将开始系统初始化，主要是Flash和可选字节的加载，这些都是由硬件完成的，CPU也将以受限的方式运行（主要是指不允许对RAM进行写操作）。
  软件程序初始化系统，包括供电配置。当供电配置完成后，等待ACTVOSRDY位置1，完成置1后，CPU就进入正常的运行的模式，允许读写RAM了。
14.2.3 电源管理
关于电源管理部分，H7参考手册中讲解的还挺复杂的，当前阶段我们仅需了解几个重要的工作状态即可，看到这几个单词了要认识，因为官方文档中多处要用这几个标识。
) O0 b1 q5 A0 X7 \% `
0 c. y' N" r6 z8 `8 J为了实现各种低功耗模式，CPU和D1，D2，D3域支持的各种模式如下：

9 p" e3 l) P" J  CPU模式
( Y9 z! z1 `  Q  }CRun：运行状态，CPU和CPU子系统外设正常运行。
+ m6 d& E8 i1 {# [
$ e1 Q7 f7 j9 [CSleep：休眠状态，CPU时钟停止运行，CPU子系统外设正常运行。

CStop：停止状态，CPU和CPU子系统外设都停止运行。

  D1域模式
DRun：运行状态，D1域的总线矩阵正常运行，CPU子系统运行在CRun或者CSleep模式。

DStop：停机状态，D1域的总线矩阵时钟停止运行，CPU子系统运行在CStop模式，PDDS_D1位选择DStop模式。
1 m2 r; s6 D) q5 a, E5 B8 t$ g
* }& L% p; L2 ~DStandby：待机状态，D1域的总线矩阵断电，CPU子系统运行在CStop模式，PDDS_D1位选择DStandby模式。

2 T/ c' U& h- n1 D- V  D2域模式
4 I5 r3 Y! R* T: pDRun：运行状态，D2域的总线矩阵正常运行，CPU子系统在D2域中有分配的外设，CPU子系统运行在CRun或者CSleep模式。
7 Z/ C4 h9 p$ C6 H$ g) \7 w, W
' q3 M6 a1 r  }3 ?+ |: R) B- t* {DStop：停机状态，D2域的总线矩阵时钟停止运行，CPU子系统没有在D2域分配外设，PDDS_D1位选择DStop模式。或者CPU子系统在D2域中有分配的外设，CPU子系统运行在CStop模式，PDDS_D1位选择DStop模式。

  W& e" s" F6 pDStandby：待机状态，D2域的总线矩阵断电，CPU子系统没有在D2域分配外设，PDDS_D1位选择DStandby模式。或者CPU子系统在D2域中有分配的外设，CPU子系统运行在CStop模式，PDDS_D1位选择DStandby模式。

: e* t6 |6 }2 w/ t7 t  系统/D3域模式
" j  Y5 W% ]  }6 g; l9 {8 ARun：运行状态，系统时钟和D3域总线矩阵时钟处于运行状态。CPU子系统处于CRun和CSleep模式，或者一个唤醒信号处于激活状态。

Stop：停止状态，系统时钟和D3域总线矩阵时钟处于停止状态，CPU子系统处于CStop模式。所有的唤醒信号都处于非激活状态，并且至少某个域的一个PDDS_Dn位选择了Stop模式。

Standby：待机状态，系统处于断电状态，CPU子系统处于CStop模式，所有的唤醒信号都处于非激活状态，并且所有域的所有PDDS_Dn位选择Standby模式。

14.2.4 电源去耦电容的选择
9 Y* e5 G4 q7 Q1 d7 H& Z" M, u* ?每个电源对 （VDD/VSS， VDDA/VSSA ...）必须使用下述的滤波陶瓷电容去耦。这些电容必须尽量靠近芯片引脚，以确保器件正常工作。不建议去掉滤波电容来降低PCB 尺寸或成本，这可能导致器件工作不正常。
# C! c) W/ b2 L5 l& ?8 |* a* g
! b5 C4 I2 }' l9 j! v9 Q

14.3 硬件复位
* I# R! l, W) f+ \4 s. a所有数字计算机系统都是由某种形式的震荡时钟电路驱动的。这种电路被称为系统的“脉搏”，是系统正确运行的关键。如果振荡器失灵，系统将完全无法运行，如果振荡器运行不规律，系统执行的所有与时间有关的计算都会有误差。

3 ~7 W+ I/ a% W所有微控制器的启动流程都不通用。由于硬件的复杂性，必须运行一段由厂家定义的短小的“复位程序”来使硬件处于一种正确的状态，然后再开始执行用户程序。运行这个复位程序需要时间并且要求微控制器的振荡器已经运行。

; f* Q( _# u3 z% q' g当系统由可靠的电源供电时，一旦通电，电源迅速地达到额定输出电压，一旦断电，电源迅速地下降到0V，并且在接通的时候，电压不会降低。这时能够可靠地使用基于一个电容和一个电阻的低成本硬件复位。这种形式的复位电路称为阻容复位。
; t, [5 P) ^, Y5 Z" l1 P+ k- `
0 |1 c; b2 N8 y1 O如果电源不够可靠，而涉及安全性，这种简单的阻容解决方案就不合适了。
( j) [- k$ h& D+ ^$ `' `$ Z7 q+ y
& D) O3 w* e6 q0 q) l* @* V2 Y& ~14.3.1 上电复位和手动复位
9 @7 g' k# q: N' ]STM32H7开发板的硬件复位原理图如下：
+ o3 t4 f: @, X* ]  X5 W
2 `4 d( x# U5 I

+ G$ ~1 k, ?* h& ?1 e* \" l3 u
  STM32这款CPU的复位引脚是低电平有效，即NRST为低电平时，CPU处于复位状态。
, R9 v5 ]* v# W6 X+ f  R173单的RC复位电路。当系统上电瞬间，C114电容两端电压可以认为是0，CPU处于复位状态。3.3V电源通过R173给C114充电，当C114的电压升到CPU的高电平门槛电压时，CPU退出复位状态转入运行状态。
  在设计电路时，需要选择适当的R值和C值，以保证NRST低电平持续时间满足CPU复位最小脉宽的要求。
. |' J8 T! J4 j! m4 T- ?$ c  当按下S4轻触开关时，C114两端被短路接地，可实现手动复位CPU。
- ~1 M4 B! s/ h( G: X3 N& \
$ n/ l3 v7 t& K2 `& t3 K( j14.3.2 复位序列
前面第11章的13.3.1小节讲解了复位系列的相关知识，再结合本章节的上电复位和下电复位，大家会对其有一个较全面的认识，更多复位序列的知识直接看13.3.1小节即可。

2 o' l- `/ N0 `5 I/ h; e14.4 软件复位
除了上电和手动复位，程序设计设置中还经常要用到软件复位，即调用一条函数就可以实现复位功能。此函数已经由CMSIS软件包中的core_cm7.h文件提供，函数如下：
" F0 I+ F& j" _9 x6 V6 ?, ?+ v

1. /**
   
2.   \brief   System Reset
   
3.   \details Initiates a system reset request to reset the MCU.
   
4. */
   
5. __STATIC_INLINE void __NVIC_SystemReset(void)
   
6. {
   7 }' s3 L1 N* P; E
7.   __DSB();                                  /* Ensure all outstanding memory accesses included
   2 i/ M; x9 h; c# y3 W: @5 p
8.                                               buffered write are completed before reset */
   
9.   SCB->AIRCR  = (uint32_t)((0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos)    |
   
10.                            (SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) |
    
11.                             SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk    );        /* Keep priority group unchanged */
    
12.   __DSB();                                                         /* Ensure completion of memory access */
    
13. 
    ( m( U6 ~* A. T+ U" V
14.   for(;;)                                                          /* wait until reset */
    3 _3 {% h% {. w
15.   {
    9 R3 G7 V; m9 _; _/ q" A! v
16.     __NOP();
    4 v& X- L& }# W8 _
17.   }
    
18. }

复制代码

  v! Y* Q4 o2 T" `: w6 j9 ~" X软件复位反映到实际硬件上，就是给硬件复位部分发一个复位信号：

5 g& J7 R& \  |& |* h1 r) Y) _

! x( M# `, J4 ?  m+ Z/ l, X' N
14.5 RCC时钟控制
! V; e  y, \* ?) W/ X5 |% fSTM32H7有如下六种时钟可供使用：
) i+ e& K) E& L! ^- o1 {
* |& k  C( N7 N8 o  HSI (High-speed internal oscillator) ：
HSI是内部的高速RC振荡器，频率64MHz，可被用于系统时钟。优势是低成本，无需外部时钟，快速启动（仅需几个微秒），缺点是精度差，即使经过校准。
" ?7 K6 @9 \# Z
  HSE (High-speed external oscillator):
HSE是外部的高速振荡器，通过外接时钟源，有源或者无源晶振驱动，时钟范围4-48MHz。优势是精度高，缺点是增加成本。
, _; j% {0 O% A1 v' q9 B/ W5 i
  LSE (Low-speed external oscillator)
LSE是外部的低速振荡器，通过外接时钟源，有源或者无源晶振驱动，一般接32.768KHz，主要用于RTC实时时钟。

2 ^# y3 a, T/ R2 c  LSI (Low-speed internal oscillator)
LSI是内部的低速RC振荡器，频率约是32KHz，主要用于独立看门狗和自动唤醒，也可以用于RTC实时时钟。
% l5 C6 n1 {' {
  CSI (Low-power internal oscillator)
CSI是内部的低速振荡器，频率约是4MHz，相比64MHz的HSI，主要用于低功耗。
% q7 J" C( f2 p9 s/ T
3 m% s! x# c9 n0 [+ J( `, |* F  HSI48 (High-speed 48 MHz internal oscillator)
HSI48是内部高速振荡器，频率约是48MHz，用于给特定的外设提供时钟，比如USB。

6 o/ |$ M4 n; F0 M0 f' N通过下面的时钟树再进一步的认识这几个时钟：
) X/ l7 {9 c; W9 F- A8 D9 P( r
! |8 ~# G6 M& F* A( a

2 I5 e' I4 ?0 V7 e14.5.1 HSE和LSE硬件设计
1 P' U9 ~- l/ e HSE时钟
& z  q" E% K; i  ?: e% c当前V7开发板是用的25MHz晶振为HSE提供时钟，硬件设计如下：
6 p4 w8 c. e* X+ Q# @6 C
! T1 ?% K. U' W, w6 Z# N. O7 w

晶振和负载电容需要尽可能近地靠近H7的晶振引脚，以减小输出失真和启动稳定时间。负载电容值必须根据选定的晶振进行调节。

" }, R9 q% z. s. [) Q对于C15和C17，我们推荐使用高质量陶瓷电容，这种电容是设计用于需要高频率的场合，并且可以满足晶体或谐振器的需求。C15和C17通常具有相同的值。

+ p7 {( |2 G% k4 k' ?这里再额外补充一个知识点，HSE旁路时钟和外置晶振区别：当前V7板子是采用的外置晶振模式，高速外部 (HSE) 时钟可以使用一个4到48MHz 的晶振 / 陶瓷谐振振荡器产生：

9 D5 V) h. H& [* M: }) {

+ d1 v* c0 D& w2 n$ X而bypass 旁路的意思就是不使用它，绕过它。具体到HSE旁路的话，用户直接提供4-50MHz的时钟源即可，可以使用有源晶振或者FPGA提供时钟等方式：
8 c; T5 {8 Q- e9 k
9 r& ~! C( J! f4 i8 t( a6 r

3 Q. z# n1 M! q8 B" S
) K$ P; V) r: h! d3 @* G  F& }  LSE时钟
当前V7开发板是用的32768Hz晶振为LSE提供时钟，硬件设计如下：

+ R% b; o& m  h  Q  L4 \

# n3 H# |3 F. B6 \6 d& p8 F14.5.2 时钟配置
) }' E, p+ U/ v: lSTM32H7开发板使用的外部晶振频率是25MHz，下面分步说明如何让其通过这个频率工作到400MHz的主频。
5 ~, u! M# u: q3 W1 \, V: p0 s
  第1步：在stm32h7xx_hal_conf.h文件配置HSE_VALUE
配置的大小要跟板子的实际晶振大小匹配。

& ]- z6 K( _7 U# j! R

1. #if !defined (HSE_VALUE)
   
2. #define HSE_VALUE ((uint32_t)8000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
   # t7 d# ~' H$ Z2 U3 ~! S; Y* v7 Y: n
3. #endif /* HSE_VALUE */

复制代码

  第2步：系统上电后，在启动文件startup_stm32h743xx.s的复位中断服务程序里面会调用函数SystemInit。

1. Reset_Handler    PROC
   1 W7 p/ I5 C1 V$ r' h( w8 f
2.                  EXPORT  Reset_Handler                    [WEAK]
   % d4 c# G8 S8 ?4 ], l9 L2 l6 i& P
3.         IMPORT  SystemInit
   
4.         IMPORT  __main
   
5. 
   : t; W, D, I5 i1 R7 R  s! q. e5 X
6.                  LDR     R0, =SystemInit
   
7.                  BLX     R0
   
8.                  LDR     R0, =__main
   
9.                  BX      R0
   1 |  l% M6 G5 I0 z) u
10.                  ENDP

复制代码

3 R4 X: }' J' ]9 Z. \0 h以往STM32F1和STM32F4系列都会在函数SystemInit里面配置PLL锁相环，使用了HAL后，需要在main函数里面配置。当前SystemInit函数实现的功能如下：

6 D$ y- R3 n: K& |

1. 1.        /**
   
2. 2.          * @brief  Setup the microcontroller system
   ( j5 y$ b: O3 ^- @% s
3. 3.          *         Initialize the FPU setting, vector table location and External memory
   
4. 4.          *         configuration.
   
5. 5.          * @param  None
   
6. 6.          * @retval None
   
7. 7.          */
   + a' h) j* l% a
8. 8.        void SystemInit (void)
   $ `4 u' g  f3 t3 h) S
9. 9.        {
   & O! }* X: l! S
10. 10.          /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
    
11. 11.          #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    ' z7 F9 P6 w* A# a$ @. p
12. 12.            SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
    % R; z1 [( }, s4 W; u1 q8 p
13. 13.          #endif
    
14. 14.          /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
      p, ^0 o6 a+ R8 W, L
15. 15.          /* Set HSION bit */
    
16. 16.          RCC->CR |= RCC_CR_HSION;
    3 m* x. l* X1 c; C) f
17. 17.        
    
18. 18.          /* Reset CFGR register */
    
19. 19.          RCC->CFGR = 0x00000000;
    
20. 20.        
    # V# W9 |* v+ L7 K
21. 21.          /* Reset HSEON, CSSON , CSION,RC48ON, CSIKERON PLL1ON, PLL2ON and PLL3ON bits */
    3 E) s* @& x4 Y
22. 22.          RCC->CR &= (uint32_t)0xEAF6ED7F;
    
23. 23.        
    . G; x0 v! B/ q) ]2 F* K
24. 24.          /* Reset D1CFGR register */
    
25. 25.          RCC->D1CFGR = 0x00000000;
    * V) R6 D. v& f& a: Z$ x! I8 S, X# F
26. 26.        
    * l! Y7 N- A" q) h; o
27. 27.          /* Reset D2CFGR register */
    6 G9 O; w8 ?* o; U- t
28. 28.          RCC->D2CFGR = 0x00000000;
    
29. 29.        
    ) T/ |! L" m& [+ c4 o
30. 30.          /* Reset D3CFGR register */
    
31. 31.          RCC->D3CFGR = 0x00000000;
    
32. 32.        
    
33. 33.          /* Reset PLLCKSELR register */
    
34. 34.          RCC->PLLCKSELR = 0x00000000;
    & y( U2 B3 c0 u
35. 35.        
    
36. 36.          /* Reset PLLCFGR register */
    
37. 37.          RCC->PLLCFGR = 0x00000000;
    7 ^  t& _% @6 z9 H/ k3 D7 {3 v
38. 38.          /* Reset PLL1DIVR register */
    6 X( P8 ^4 [7 ]' b6 O
39. 39.          RCC->PLL1DIVR = 0x00000000;
    
40. 40.          /* Reset PLL1FRACR register */
    
41. 41.          RCC->PLL1FRACR = 0x00000000;
    
42. 42.        
    ( _2 c5 v3 [: E$ P( P* w
43. 43.          /* Reset PLL2DIVR register */
    ; f/ j, P' `. h$ O8 x6 z# t
44. 44.          RCC->PLL2DIVR = 0x00000000;
    
45. 45.        
    7 I% Y' q% J4 b- P3 f3 G
46. 46.          /* Reset PLL2FRACR register */
    
47. 47.        
    & u' n. D8 O7 W+ c+ ]. E1 \
48. 48.          RCC->PLL2FRACR = 0x00000000;
    8 _* c! ]4 i* n9 a7 }1 s9 b( d3 L3 s8 }+ x
49. 49.          /* Reset PLL3DIVR register */
    
50. 50.          RCC->PLL3DIVR = 0x00000000;
    
51. 51.        
    
52. 52.          /* Reset PLL3FRACR register */
    
53. 53.          RCC->PLL3FRACR = 0x00000000;
    
54. 54.        
    
55. 55.          /* Reset HSEBYP bit */
    * u) z0 ~7 V" x8 S/ X8 P8 c
56. 56.          RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
    
57. 57.        
    
58. 58.          /* Disable all interrupts */
    8 D2 ^1 W1 a! A% P& _& E  p
59. 59.          RCC->CIER = 0x00000000;
    
60. 60.        
    
61. 61.          /* Change  the switch matrix read issuing capability to 1 for the AXI SRAM target (Target 7) */
    
62. 62.          *((__IO uint32_t*)0x51008108) = 0x00000001;
    
63. 63.        
    
64. 64.        #if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
    ) E& E# E8 {# k
65. 65.          SystemInit_ExtMemCtl();
    1 Q  {- d# r$ s$ S
66. 66.        #endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */
    & T! k" X  E7 W) r& U; r
67. 67.        
    6 i0 v3 ^/ A+ M$ B1 b8 I
68. 68.          /* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/
    2 d; N$ f8 P3 A
69. 69.        #ifdef VECT_TAB_SRAM
    + J9 B" m; _1 L% F  T9 B
70. 70.          SCB->VTOR = D1_AXISRAM_BASE  | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal ITCMSRAM */
    7 K1 E# G/ r5 m3 @. q/ ^' p3 D
71. 71.        #else
    . G/ M/ ?; N- E$ `" X: G$ i& \
72. 72.          SCB->VTOR = FLASH_BANK1_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
    
73. 73.        #endif
    + `' n1 c7 ]$ u" |& _$ |0 V
74. 74.        
    1 x9 ~  q! V. |
75. 75.        }

复制代码

第12行：使能FPU单元。

第16 – 59行：复位RCC相关寄存器。
/ E6 K( n) M' ?& e5 y- }
  z5 Q3 `1 m7 G" V3 l+ X8 R) h7 p第69 – 73行：设置中断向量表的位置。

  第3步：在main函数的外设驱动初始化函数里面完成时钟初始化，主要是PLL锁相环，让芯片最终工作到400MHz。
14.6 总结
9 p" v, f0 J% x, X# H本章节就为大家讲解这么多，本章节的知识点相对比较多，比较杂，不容易一下子都掌握了。随着后面章节的进行，还会深入的讲解这些知识点。
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