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如何利用STM32F413/F423系列SRAM的性能优势

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STMCU小助手 发布时间:2022-7-13 10:10
前言. L7 ^8 ~- k$ J. ]+ B3 R. g5 y
在嵌入式设计中,对大量数据的需求不断增加。存储器(特别是RAM)已成为十分宝贵的资源,了解该存储器的最佳使用方式是获得最佳性能的关键所在。
8 q0 T4 @4 d8 K' B! K' }3 x" A# t) I本应用笔记旨在帮助用户通过研究不同场景,从STM32F413/F423微控制器的更高SRAM性能和更低功耗中获益。& b: X* W/ ]8 H
主要目标是介绍架构设计和系统模块功能,可以对它们进行调整以优化应用。
4 Z; D; k" T, k" A6 Z% e  K: B8 \% ]+ A; w6 z: W  H! S
9 V5 W$ K& Z! _8 K
1 STM32F413/F423系统架构概述
, O& @# M$ Y: U! Z优化系统性能的第一步是了解系统的高层架构
图 1显示了STM32F4系列的简化框图。  K$ W5 Q4 O. O  W

- x6 _7 \: V% s. V6 x. |
# U0 Y$ \6 B. E( ?
IG)@IT7WZ_3])LBU`2P~I15.png ) W/ {( U" Y' Y, P# \/ ^

9 U4 Y# a! J* m8 O) K1.1 STM32F413/F423内核总线
; W( E, c4 S1 v9 z, }STM32F413/F423器件基于带有FPU(浮点单元)内核的Cortex®-M4内核,它使用哈佛体系结构,结合存储器映射总线。) U) g: E0 }, @+ @. L! U
总线矩阵提供从主设备到从设备的访问,可实现并发访问和高效运行。
( j" v. e* H2 B! X• I-bus:内核用来从包含代码的存储器(内部闪存/SRAM)取指令的指令总线。  ^! }4 z. f5 Q
• D-bus:内核用来进行文字加载和对/从包含代码或数据的存储器(内部闪存/SRAM)进行调试访问的数据总线。
# W0 W+ V: {0 U4 A$ d+ {• S-Bus:内核用来访问外设或SRAM中数据的系统总线。也可通过该总线取指令。该总线的访问目标是内部SRAM,AHB 1外设包括APB外设和AHB2外设。
% r2 R$ l9 }7 `) |/ t0 E: a6 L3 i% r) R8 \# w3 B/ X' R
1.2 嵌入式SRAM ' _) F4 j5 A5 ]* C" N
STM32F413/F423具有320 K字节SRAM。  |3 |3 b& p: @; a+ ^) K. z* W/ Y, V
该内置SRAM分为两块:5 u) ~; ^- M+ i! U
• 映射到地址0x2000_0000的SRAM1,所有AHB主设备均可访问。1 \6 y) E* T% ?- O  |9 `4 F( m
• 映射到地址0x2004_0000的SRAM2,所有AHB主设备均可访问。
; T' Q, ^1 w! P: q5 O( [/ o; k1 u在STM32F413/F423中,可按以下方式访问SRAM2:
! I; g/ \7 b7 k& `+ t• 可通过I-Code总线取指令。通过D-Code总线执行数据访问。- h6 B( H2 k+ ~, ?1 D
• 可通过系统总线取指令和访问数据。
: }2 i! U0 u! b& ?9 q• 数据访问是别名。指令访问不是别名。
% j) @9 R/ H. S" l) I独立总线在加载或存储指令时十分有用,因为可以同时取指令和访问数据,无需插入总线矩阵仲裁。  n6 e# e6 O) B7 Z, i# G. @* E
当SRAM2被映射到地址范围0x1000 0000至0x1000 FFFF时,CPU可通过I-bus和D-bus访问SRAM2存储器。) X3 `+ f! u. |. d; h' d
系统总线的访问周期时间取决于访问类型:
& f7 N& B9 p6 T. P5 a7 m• 系统总线数据访问不会增加内核的延时。3 z) q4 `# ^) o! {- T4 r
• 指令访问会增加一个等待状态的内核延时。
* x+ D6 w4 T7 G将代码和数据存入两个SRAM块有助于提高并行能力和整体性能。
: S7 g! ?; a$ n1 h注: 对于典型应用,通过在SRAM2中插入关键代码和在SRAM1中插入数据和堆栈可获得最佳性能。' L( I7 T: D. q1 ]% X% \3 I! e

8 \$ k; {" q; K- K( S7 `/ C
1 i" M4 G8 u- Y% ^
1.3 性能和功耗的比较研究
) `6 A: J, _% L% D6 h2 S使用Core-Mark算法执行性能和功耗的比较研究。1 P. O  Q- `: T8 s) }- U$ ~5 Q
按照上述建议和以下系统配置执行该算法:  ^# `6 \4 o3 Z
系统配置:( V6 @" f  G. M4 N
1. 从闪存执行
* a% O  C0 u5 }  C& y% X2 a0 V2. 从SRAM执行8 d1 L% x! |/ X# y. @
测试条件:4 t/ N# Y  t& b  F! Y2 \7 A, b
• 在室温20℃和VDD=3.3V的条件下执行测试。
6 Y6 K4 b" G& k" Z2 e8 u, D( @• 如果从闪存运行,
# V+ ?/ x$ s2 L+ ?2 \# x% ]– ART使能
) N& Z& [  z* N3 A  S– 添加3个等待状态(WS)。
3 J2 r& F1 H4 t8 ^9 C- m, K
9 Z8 H- h1 H' `  l: K
1.3.1 第一种场景:从闪存执行代码,同时数据存放在SRAM1中 1 Y; i( j# F! d1 p5 C$ j
, ]0 n6 X/ F0 S
" V5 u0 W( L  ~0 y# f

1 \6 v8 a) n' M0 ~% ]1 Y }A3SA5)%`DWAJQ)QXM@1.png
+ C" u, K  P4 U9 H/ m. I4 z
) X- a$ W' E7 i6 v1 a! \1.3.2 第二种场景:从SRAM2执行代码,同时数据存放在SRAM1中 5 U6 q" z$ {8 ?  q

" r" m, S; [& g' q+ z$ ?3 z/ w
1 J# a. x+ w7 u; S( I

" |, R1 Z7 ~* \$ \/ n
8 c4 j) Y+ k' M0 @$ O9 u. e) g
OAEYP6QNZR@W@N1J[P1`PM1.png
; I* A/ x+ L0 y) A* E. n0 j, A+ W% E' _# r0 U4 k3 [  u
1.3.3 性能结果的比较研究  k9 f$ a  r+ T8 f
表 1显示了获得的结果:
2 w, q* c0 M8 @' r2 t$ a
/ w! v+ i6 K8 ^4 z% S3 F, o
8HVH8`01~]{I1H2UO6EC54L.png 4 q: X* U- L1 E- j& P# v3 B3 y! b

2 E" q6 l8 F! }/ ?0 Q
7 V; p8 L6 ^* j& ?0 W9 ^
1.3.4 功耗结果的比较研究
. N' |! W7 k2 M* O! Y' t' g表 2显示了获得的结果:
: J' G0 B$ ]: R9 R' a0 B0 q! E' o  O % P8 H% {2 B# G+ h0 H
U]M%HP))BZ{[R(UA{7]`D)9.png * U% t: C4 w- n$ ^1 U

5 v! O; e9 c$ Z/ o6 P5 L完整版请查看:附件! B; _3 w& @  O, |

, C( L% B6 p/ p. V( g# M" c/ G8 T
7 i9 _1 d( y% Z, K* ?2 U. i9 |2 }- z$ u4 ]9 R4 K8 r

+ O* L0 B( I, h+ ?+ g; }
5 o0 ~4 v6 L, ]/ A7 I: O
- }, X( t) ~( u9 K+ X

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