STM32L4R5 Nucleo低功耗例程测试验证

SimonLuk 提问时间：2018-3-1 18:30 /

本帖最后由 ahuaahua 于 2018-3-1 18:38 编辑

有幸在年初的答题中，获得Nucleo STM32L4R5ZI板一块。正所谓吃别人的嘴软，免费拿人家的……必须要发个评测弘扬一下ST大法好～～～但是板子寄到手时已接近春节，年后回来放浪至今才有时间拿出来玩，不知道还能不能参加评测奖励？

L4 Plus主打图形、低功耗，以及高主频、大Flash、和帅气的Ram，还有加密等等一系列特性（具体见手册），由于时间关系，本次先对最重要的低功耗特性进行验证。

1、原理验证

根据Nucleo 144的原理图，MCU主要由两个地方提供电源：VDD和VDD_MCU。其中，VDD提供给IO、模拟、USB等部分。VDD_MCU则提供给VBAT，并通过SB167选择提供给模拟部分。详见下图：

1.1 VDD来源：

经过JP6选择电源后，由U6降压为3.3V，经VDD提供给MCU。VDD前的JP5（IDD），即为板子提供的电流测试点。详见下图：

1.2 VDD_MCU来源：

由下图可知，VDD_MCU由VDD产生，产生的方式根据Nucleo板子是否带有SMPS功能（就是外部的开关电源）决定。本次到手的板子，是不带这个功能的，保持原样即可。如果有同学收到带“-P”版本的板子，需要注意这个问题，必要时修改对应的连接。

1.3 由以上原理分析可知：

只要在JP5跳线帽上测试电流，就可以大概知道MCU的功耗情况。为什么要说大概？因为还有一个器件也使用VDD_MCU，它就是U14：

追求极致的同学们可以详细查SN74LVC2T45的资料，在此我就不累赘了。

2 测试方法

2.1 必须再歌颂一次ST大法好

在STM32CubeL4库里，已经有对应的低功耗Example例程，直接编译下载到板子上即可测试。

在用户的目录下，STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_L4_V1.11.0\Projects\NUCLEO-L4R5ZI\Examples\PWR\PWR_ModesSelection里，可以找到一个关于这个工程的readme.txt的文件：

- PWR/PWR_ModesSelection/Inc/stm32l4xx_conf.h HAL Configuration file
- PWR/PWR_ModesSelection/Inc/stm32l4xx_it.h Header for stm32l4xx_it.c
- PWR/PWR_ModesSelection/Inc/main.h Header file for main.c
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/system_stm32l4xx.c STM32L4xx system clock configuration file
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stm32l4xx_it.c Interrupt handlers
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/main.c Main program
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/lprun_test.c Low Power RUN mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/lpsleep_test.c Low Power SLEEP mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/run_range1_test.c RUN mode in range 1 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/run_range2_test.c RUN mode in range 2 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/shutdown_test.c SHUTDOWN mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/sleep_range1_test.c SLEEP mode in range 1 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/sleep_range2_test.c SLEEP mode in range 2 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/standby_rtc_sram2_test.c STANDBY mode with RTC and SRAM2 preserved test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/standby_rtc_test.c STANDBY mode with RTC test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/standby_test.c STANDBY mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop1_mroff_rtc_test.c STOP1 mode with RTC but Regulator OFF test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop1_mroff_test.c STOP1 mode with Regulator OFF test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop2_rtc_test.c STOP2 mode with RTC test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop2_test.c STOP2 mode test

复制代码

2.2 简单抽其中几个，看看这些模式究竟做了什么：

void test_lprun_2mhz(void)
{
printf("\n\r Executing test (LPRUN 2MHz - with FLASH ART ON) \n\r");
printf(" Please measure current then use Reset button to select another test \n\r");
/* Set all GPIO in analog state to reduce power consumption */
GPIO_AnalogState_Config();
/* Set the System clock to 2 MHz (MSI) */
SystemClock_2MHz();
/* Suspend Tick increment to prevent wakeup by Systick interrupt. */
/* Otherwise the Systick interrupt will wake up the device within 1ms */
/* (HAL time base). */
HAL_SuspendTick();
#ifdef USE_STM32L4XX_NUCLEO
/* Disable USART2 clock */
__HAL_RCC_USART2_CLK_DISABLE();
#elif USE_STM32L4XX_NUCLEO_144
/* Disable LPUART1 clock */
__HAL_RCC_LPUART1_CLK_DISABLE();
#endif
/* Enable Power Clock */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
/* Enter LP RUN mode */
HAL_PWREx_EnableLowPowerRunMode();
/* Disable Power Clock */
__HAL_RCC_PWR_CLK_DISABLE();
while1Aligned64();
}

复制代码

很简单的几步：

1、把IO口都设为模拟；

2、更改时钟；

3、停掉Systick和串口；

4、打开电源时钟；

5、使能一下LP RUN；

6、关闭电源时钟；

7、死循环。

void test_run_range1_80mhz(void)
{
printf("\n\r Executing test (RUN Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON) \n\r");
printf(" Please measure current then use Reset button to select another test \n\r");
/* Set all GPIO in analog state to reduce power consumption */
GPIO_AnalogState_Config();
#ifdef USE_STM32L4XX_NUCLEO
/* Disable USART2 clock */
__HAL_RCC_USART2_CLK_DISABLE();
#elif USE_STM32L4XX_NUCLEO_144
/* Disable LPUART1 clock */
__HAL_RCC_LPUART1_CLK_DISABLE();
#endif
/* Set System clock to 80 MHz (MSI) */
SystemClock_80MHz();
/* Suspend Tick increment to prevent wakeup by Systick interrupt. */
/* Otherwise the Systick interrupt will wake up the device within 1ms */
/* (HAL time base). */
HAL_SuspendTick();
while1Aligned64();
}

复制代码

更为简单的几步：

1、把IO口都设为模拟；

2、关掉串口；

3、更改时钟；

4、停掉Systick；

5、死循环。

void test_stop2(void)
{
printf("\n\r Executing test (STOP2) \n\r");
printf(" Please measure current then use Reset button to select another test \n\r");
/* Set all GPIO in analog state to reduce power consumption */
GPIO_AnalogState_Config();
/* Enable Power Clock */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
/* Enter STOP 2 mode */
HAL_PWREx_EnterSTOP2Mode(PWR_STOPENTRY_WFI);
}

复制代码

还可以更简单的几步：

1、把IO口都设为模拟；

2、关掉电源时钟；

3，发一个WFI指令。

2.4 这里需要补充啰嗦几句：

2.4.1、把IO设为模拟，这只是在测试中，排除外部干扰，使测试数据“单纯”一些的使用方法。实际产品一般不会这么用，因为这样会降低产品的抗干扰能力，比如EMI。

2.4.2、这里的测试，都没有使用外部HSE时钟，全部使用MSI（RC振荡产生）。在实际产品中，不使用外部晶振的情况比较少，而外部晶振所需要的电流，对测试的影响还是较大的。

2.4.3、由于Nucleo板的设置，VBAT是直连VDD_MCU和VDD的，所以测试并不能完全反映MCU在VDD断开，且VBAT在电池供电下的情况。

3、测试

既然方法都知道了，撸起袖子动手干吧。由于财力有限（求土豪赞助，求高大上的老板收留），拿出手的只有一个比对过、精度相对较好的4位半万用表，结果如下：

No.	Desc.	Curr. (mA)
0	SHUTDOWN	0.0000-0.0001
1	STANDBY	0.0001-0.0002
2	STANDBY + RTC	0.0007
3	STANDBY + RTC + SRAM2	0.0012
4	STOP2	0.0027
5	STOP2 + RTC	0.0033
6	STOP1 + MR OFF	0.0727
7	STOP1 + MR OFF + RTC	0.0731
8	LPSLEEP 2MHz - FLASH OFF	0.171
9	LPRUN 2MHz - with FLASH ART ON	0.517
10	SLEEP Range 2, 24MHz - with FLASH ART ON	0.852
11	SLEEP Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON	2.803
12	RUN Range 2, 24MHz - with FLASH ART ON	2.920
13	RUN Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON	11.249