14.1 初学者重要提示
1、  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。
. b+ {4 F, l+ i, |7 K% G% l
: h: J$ V, Q) B2、  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。

14.2 电源
+ [! q* K4 t4 Q8 z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。

8 P9 w7 R2 C2 p" {% i14.2.1 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：

/ R" i: J5 U, }! l

这些常用标识的解释如下：

& |' z) \  q. f% Y+ R3 Z对于电源供电部分了解了这些知识点就够用。

14.2.2 系统上电启动
5 W3 A. i) X" r# o2 B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：
5 M1 G4 I/ ?/ ^. j% a
( {7 S+ i( `; {% \: {

5 v! ~( W$ D' ]0 ~
0 c  V% D1 A9 C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。
" V- A& r  j9 V! G, s7 K
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。
  看VCORE那条曲线，只要VOSRDY未就绪，就会一直处于复位状态。
; t8 w' m4 R# \4 r) `0 W  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。
  C9 E+ q7 `3 l4 F& V
' _. k8 f5 O% i, O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：
& n8 K, U8 Z# A; q) r
  CPU模式
9 b5 n! A) W* c) H5 H* OCRun：运行状态，CPU和CPU子系统外设正常运行。

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。

- {0 ]2 `4 P5 H( G. v  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。

8 e- r8 z5 T; X* dDStop：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。
; ^# f( H5 v! t) P. g
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。
; a1 S% @1 ]  A+ _, \7 b/ I
4 \' B. f- m0 t" ~6 V  D2域模式
1 K) {9 H) x) _' a, `DRun：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。

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。

, _( d. s: _( b# }DStandby：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。

  系统/D3域模式
* D6 J- l! f" L; lRun：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。
: E1 U. B% o- x! a$ `
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。
& Q( P! r' f% q2 E% f' q
14.2.4 电源去耦电容的选择
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。

" z! R# T$ A( u* z

) R9 M2 Z/ J) Y; s" E14.3 硬件复位
& k- Q. n: I9 K' m9 F3 s/ h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。
6 |1 r6 N# R; H. m
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。
- @3 v+ G7 w# Q: }, O
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。

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。

14.3.1 上电复位和手动复位
STM32H7开发板的硬件复位原理图如下：
" f8 D6 Q& i8 i- V, V3 T
/ _+ d% B2 W/ D2 U" z: [! G4 P) B

  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。
  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。
$ K7 a, a4 R0 r2 m' k3 p6 ?  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。
6 s+ E0 l0 g1 _5 y' P6 q
14.3.2 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。
9 b* O" _! V" r2 C
14.4 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：

1. /**
   
2.   \brief   System Reset
   
3.   \details Initiates a system reset request to reset the MCU.
   
4. */
   
5. __STATIC_INLINE void __NVIC_SystemReset(void)
   9 T9 Q1 ^1 z, w6 f* _
6. {
   
7.   __DSB();                                  /* Ensure all outstanding memory accesses included
   
8.                                               buffered write are completed before reset */
   
9.   SCB->AIRCR  = (uint32_t)((0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos)    |
   7 z" s/ S. ]" ~+ l) F9 }; ]
10.                            (SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) |
    5 U7 ?- |3 B, r, Q. K
11.                             SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk    );        /* Keep priority group unchanged */
    ' N# z& h8 F: c1 ]- T
12.   __DSB();                                                         /* Ensure completion of memory access */
    
13. 
    - q  J% C; b  G# |# r4 h
14.   for(;;)                                                          /* wait until reset */
    8 R: `& y! U; b+ }
15.   {
    
16.     __NOP();
    4 v( E& i* ^4 z/ R
17.   }
    ( H0 G, ~6 m  i. z; P/ R: A. V. T
18. }

复制代码

; n8 j9 d  T4 t# w- [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：

6 G+ V1 p6 P" V. V7 H6 j/ Z5 r( a
14.5 RCC时钟控制
" d" z3 x+ r0 B# n! G1 PSTM32H7有如下六种时钟可供使用：

  HSI (High-speed internal oscillator) ：
$ j" C( M) ]) ~& q( yHSI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。
5 Y* s5 W" G$ V8 v. t4 E4 ~2 c
  HSE (High-speed external oscillator):
9 F" m+ }( y: \0 K0 A. z+ [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。

  LSE (Low-speed external oscillator)
0 d, u; V; \/ I5 O- s3 J0 CLSE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。
; L% l/ A) {/ k7 p4 e
  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。
6 T5 }0 {7 G) W; z4 o
  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。
- Q) ~# h. w" s7 ?& O- e% @9 v6 [
  HSI48 (High-speed 48 MHz internal oscillator)
# u- c' a8 b; D6 }% RHSI48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。
: M; X6 p" E/ r
' Q  ~$ {! u3 g  G通过下面的时钟树再进一步的认识这几个时钟：

& R; K( s& w  z! C
2 q8 ]: A7 ?/ z2 M  X( v+ b& i6 |: e* r14.5.1 HSE和LSE硬件设计
9 g9 h# L- x4 C4 e5 c4 j6 ?0 Q. t HSE时钟
1 o" r- N$ J- t  ]当前V7开发板是用的25MHz晶振为HSE提供时钟，硬件设计如下：
( {7 `* g2 _6 ?* L) x4 V- q
% i: N$ i  d* z" f

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。

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。

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：

4 S/ N+ x7 X1 o
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：
& S% Q4 p+ Q/ k8 A" H
2 q( t3 a" L; R

. Y0 W, U5 C# {7 m# t
  LSE时钟
' i% f/ g* \& y0 w3 W) L* h. @当前V7开发板是用的32768Hz晶振为LSE提供时钟，硬件设计如下：
3 r/ y" v  U7 |; ^6 O( `- I
: \3 G& @7 {% K

. v4 l; u7 D, x1 o& G# Q
" L' w( A; J/ _! k; g% ^, G
14.5.2 时钟配置
: ^0 }5 r; H! X& 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。
2 L. P1 i, R  q+ R  N0 j
  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。

' z; F6 S1 J: ]+ w7 v

1. #if !defined (HSE_VALUE)
   7 v3 S* m- t1 C9 ~! P2 c# k
2. #define HSE_VALUE ((uint32_t)8000000) /*!< Value of the External oscillator in Hz */
   4 n* c. [; Y) u& D1 M% l* h& r$ s) r/ V
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。
2 ^% r4 f- t+ }

1. Reset_Handler    PROC
   
2.                  EXPORT  Reset_Handler                    [WEAK]
     n, C: R0 g+ d8 h, B4 V
3.         IMPORT  SystemInit
   
4.         IMPORT  __main
   
5. 
   ! \3 e9 e8 y! x2 {& M3 i( H
6.                  LDR     R0, =SystemInit
   
7.                  BLX     R0
   0 [: }, m  h# w( u4 \. o
8.                  LDR     R0, =__main
   + B) |- H6 d* e1 T0 [3 R, B
9.                  BX      R0
   
10.                  ENDP

复制代码

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：

: G. O* ]# ^! M2 x' d

1. 1.        /**
   
2. 2.          * @brief  Setup the microcontroller system
   ( j' G9 \/ _. a! d8 X2 c4 `& y3 b5 B
3. 3.          *         Initialize the FPU setting, vector table location and External memory
   
4. 4.          *         configuration.
   5 l" u  U6 X0 q, A
5. 5.          * @param  None
   % @5 c8 j4 h$ \4 x8 b
6. 6.          * @retval None
   $ d+ |& O! G, h) b; K
7. 7.          */
   2 Z) r2 o4 Q+ r8 Y
8. 8.        void SystemInit (void)
   
9. 9.        {
   
10. 10.          /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
    / ^1 s" a7 h1 Z% K" `# w* U
11. 11.          #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    
12. 12.            SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
    $ C; X( W% ~6 c- ^" Q/ x
13. 13.          #endif
    
14. 14.          /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
    
15. 15.          /* Set HSION bit */
    4 T! b0 P6 U6 ?, m6 r+ D
16. 16.          RCC->CR |= RCC_CR_HSION;
    
17. 17.        
    
18. 18.          /* Reset CFGR register */
    ; S" y" l( L" R4 W4 G
19. 19.          RCC->CFGR = 0x00000000;
    
20. 20.        
    
21. 21.          /* Reset HSEON, CSSON , CSION,RC48ON, CSIKERON PLL1ON, PLL2ON and PLL3ON bits */
    8 j% ]& e' O% ]1 N* d, v
22. 22.          RCC->CR &= (uint32_t)0xEAF6ED7F;
    
23. 23.        
    : N  L( ]6 @5 D; C
24. 24.          /* Reset D1CFGR register */
    ! A* a6 r/ g' j. d
25. 25.          RCC->D1CFGR = 0x00000000;
    / W0 |* c" a, y! {8 q  q$ K0 Q
26. 26.        
    
27. 27.          /* Reset D2CFGR register */
    2 h: M0 H/ K2 U4 q: q
28. 28.          RCC->D2CFGR = 0x00000000;
    # \# J1 h& q  I5 M& s
29. 29.        
    
30. 30.          /* Reset D3CFGR register */
    " N! v% W1 y% [3 P+ [' |
31. 31.          RCC->D3CFGR = 0x00000000;
    8 E, |  _8 v- z8 F/ I: x7 p) ~5 y
32. 32.        
    
33. 33.          /* Reset PLLCKSELR register */
    
34. 34.          RCC->PLLCKSELR = 0x00000000;
    - q1 s  R6 ~. }( c2 A: P
35. 35.        
    
36. 36.          /* Reset PLLCFGR register */
    
37. 37.          RCC->PLLCFGR = 0x00000000;
    
38. 38.          /* Reset PLL1DIVR register */
    
39. 39.          RCC->PLL1DIVR = 0x00000000;
    4 X$ }+ F3 b. o$ @# M) T
40. 40.          /* Reset PLL1FRACR register */
    
41. 41.          RCC->PLL1FRACR = 0x00000000;
    ' B: j6 A: s% ^2 m
42. 42.        
    
43. 43.          /* Reset PLL2DIVR register */
    ( f2 c' V; ?) K) }3 i* o; s
44. 44.          RCC->PLL2DIVR = 0x00000000;
    * d! i0 M0 i2 V
45. 45.        
    
46. 46.          /* Reset PLL2FRACR register */
    
47. 47.        
    
48. 48.          RCC->PLL2FRACR = 0x00000000;
    3 {. P* }4 z: t
49. 49.          /* Reset PLL3DIVR register */
    
50. 50.          RCC->PLL3DIVR = 0x00000000;
    
51. 51.        
    2 _) x( _, N! ~
52. 52.          /* Reset PLL3FRACR register */
    9 X9 g7 M, y: ~
53. 53.          RCC->PLL3FRACR = 0x00000000;
    
54. 54.        
    
55. 55.          /* Reset HSEBYP bit */
    
56. 56.          RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
    
57. 57.        
    
58. 58.          /* Disable all interrupts */
    
59. 59.          RCC->CIER = 0x00000000;
    % H4 D3 v5 y  f. E
60. 60.        
    $ L5 M. k+ ~3 I: |
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;
    * `' y, E" I5 O- [9 S; g$ M; @4 h
63. 63.        
    
64. 64.        #if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
    
65. 65.          SystemInit_ExtMemCtl();
    
66. 66.        #endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */
    8 w7 ~" \$ ]; j$ |
67. 67.        
    
68. 68.          /* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/
    / W# u! v1 K& Z* ]
69. 69.        #ifdef VECT_TAB_SRAM
    
70. 70.          SCB->VTOR = D1_AXISRAM_BASE  | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal ITCMSRAM */
    + D" o7 o0 R4 P! P/ Y# x
71. 71.        #else
    3 p" Q7 M. |' T
72. 72.          SCB->VTOR = FLASH_BANK1_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
    
73. 73.        #endif
    
74. 74.        
    % b! F( A' U) b8 s
75. 75.        }

复制代码

+ n4 l* {4 P6 g, E第12行：使能FPU单元。
+ u' M3 D2 L/ v" l6 X( ^. t! i
" v# U$ ]$ U/ q第16 – 59行：复位RCC相关寄存器。

第69 – 73行：设置中断向量表的位置。
6 j* r* G, y" ~3 _
  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
  v& Q- C" C9 {" ^- M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。
. b* Z1 R$ a4 y& J; e
2 e# y1 F; j0 d" p' S. u1 `( W2 `

4 B( E; O( M$ j- b! S