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使用 STM32F411xx 批采集模式 (BAM) 实现电源效率最大化

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STMCU小助手 发布时间:2022-7-14 18:00
前言" C- g1 D  v8 F1 Z
STM32F411 产品线属于 STM32 Dynamic Efficiency™ 微控制器的一部分。这些器件是高性能 F4 系列的入门级产品,具有动态功耗和处理性能的最佳平衡,并能够在运行、睡眠和停止模式下实现极低功耗。$ x) l. F, Y. _4 o
STM32F411xx 微控制器具有新型的批采集模式 (BAM),为数据批处理进行了功耗优化,将动态效率提升到了一个新的水平。* G- J& p3 A. w0 n
本应用笔记通过一个用例,指导您在 STM32F411xx 微控制器上实现预期的功耗。还提供了关于如何实现 BAM 的示例。
0 z- }, K  H1 R$ m) x0 f% @本应用笔记中采用 X-CUBE-BAM 固件包。2 L  R2 P: `* a  V
) L) P( _  {3 {2 ~
" s8 R6 c0 D# S: A- {- |0 m) w8 V
1应用概述
9 Q2 L) q0 a1 v" F" b" a0 l本章给出了应用笔记用例概览,详细说明了用户如何实现 BAM,并描述了用例工作中涉及的每个低功耗模式。
8 E' J3 u  K9 G9 \! ^3 f& _3 `+ |
1.1 硬件高层描述, [5 D* |) Q3 N5 U' R) c+ @( k
本文档首先说明如何评价不同低功耗模式 (待机、睡眠、停止和低功耗运行)中的功耗,然后重点说明通过使用 BAM 将传感器 (LSM6DS0 MEMS)数据流向 (UP 或 DOWN)传输至主 STM32F411xx 微控制器,来实现明显的功率降低。
6 f, j+ x' i) n, R) `传感器发送的数据通过 I2C 接口接收,利用 DMA 传输至 RAM。经过数据处理后, DMA 将数据流向传到 UART。然后通过 USB 虚拟串口显示出来。2 {- }: [0 K& V( @$ ?
图 1 显示了应用的高层框图。
( h% F- {* |! W& W( L- j
6 N: _) e' n( f( f6 e

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, P% C( [/ P! t# s% G
7 v, `7 ~  j( n% m$ u2 O1 l$ G注: X-CUBE-BAM 还包括一个基于 LSM303DLH MEMS 和 32F401DISCOVERY 作为传感器的用例。更多详细信息,请参考固件封装,可在项目 /NUCLEO-F411RE/LSM303DLHC 下获取。  A9 G* R& ^  a
1.2 低功耗模式' ~8 R; ]# S3 o5 J
本章描述了应用中所使用的不同低功耗模式。- {9 q. G8 ^$ a
• 低功耗运行模式) |9 _5 V) y0 F' S. r) a9 c) j# g
CPU 和一些外设处于运行中。为了进一步降低功耗,不用的 GPIO 被配置为模拟引脚并禁用外设。 ' [; n" _9 C6 n* E; @5 ?
• 睡眠模式
( {+ a( h5 h' ~/ v$ U! P7 ]' q这种模式下,仅有 CPU 是停止的,外设保持运行。为了降低功耗,可在进入睡眠模式前关闭闪存。发生中断时,外设能够唤醒 CPU。 5 T, J8 r; {6 N3 @
• 停止模式
- ]1 w0 N: R% g0 v  D" L5 wCPU 处于深度睡眠模式 (DeepSleep mode)。除了 RTC,所有外设都禁用。通过发出中断来退出停止模式。
# |# x" {: Q' i( t) b: ?; p# m• 待机模式4 C  K* c! z' p1 X2 B2 h
这种模式下,功率仅用于维持 RTC 寄存器。器件被 WKUP 脚上的上升沿 (产生系统复位)唤醒。
3 @0 b3 K9 V+ l* c6 i注: 更多关于低功耗模式的详细信息,请参考 STM32F411xx 数据手册。$ O& J- L$ w" f, D+ h' l( Y' a

% G' o- U" s" O9 P8 m
* a8 c* ]2 ?5 R
1.3 批采集模式 (BAM)7 j" C( O. m! I
1.3.1 原理
& l+ x1 H3 Q  n2 H4 O4 e! P: Q- {批采集模式 (BAM)可优化数据批处理的功耗。( g/ ]0 i% K' s- g/ |
它可通过通信外设交换大量数据,同时器件的其它部分 (包括 CPU)可处于省电模式:: Z" ?0 o& v" J2 J1 M
• 只使能所需要的 DMA 数据流,并将来自通信接口的数据传输到内部 RAM。
+ O  \0 e) w9 d, e1 I4 ?' T% @• 从 RAM 执行程序允许关闭闪存和停止 Flash 接口时钟。/ {4 u& p, i; }. @
• MCU 内核处于睡眠模式,等待中断 / 事件将其唤醒。
9 N0 p9 R0 s* D
1 C! Q+ C# v. Q& x1 x4 ^* R4 V
1.3.2 BAM 用例
4 f2 R8 h" ~  ?/ ]( Q0 @4 X图 2 显示了应用笔记用例高层框图的一部分。它描述了 BAM 涉及的不同外设及其功率状态(低功耗或激活的)。! e! _* v7 O) O/ Y5 b7 \
事实上,数据接收过程中,只有 DMA stream0、 I2C1 和 SRAM 是激活的。 MCU 内核处于睡眠模式且闪存停止,直至完成 DMA 传输。
/ v* B( J) `0 c5 S' d, N$ ]! z% H8 g* Q. _* M+ `
7 g3 `5 F3 b8 n8 @) S* G$ P, s
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# J( u8 N. A8 I% h. p* E  v/ R

  q' g* |0 T  y. Z" z) v1.3.3 如何实现 BAM
/ `& G1 R: x2 G' n0 _, D- {当 BAM 使能时,通过设置 PWR_CR 寄存器的 FMSSR 和 FISR 位来关闭闪存。从闪存执行程序时不能设置这些位。这可以通过从RAM执行一个特殊程序来实现(具体描述请参见图 3,图 4 和图 5)。
7 r' O& x( [5 h# Y$ {. G+ s# X可采用 3 种方法来实现 BAM。每种方法都取决于用户应用:
; z- ?. r5 l' i+ H• 从 RAM 执行中断7 I! Q( {0 h( H4 F9 b
• 从闪存执行中断
0 r+ Z, v1 w* p. Y. i  {• 利用事件来唤醒 CPU
. s# d; F0 g( W' F8 J, J2 I" ^% `, k2 [4 a( w. |
从 RAM 执行中断
, y2 C+ n9 {9 s6 h' t应用笔记用例中采用此方法 (参见图 3)。中断将器件从睡眠模式中唤醒。因此用户应用必须将所需 ISR 和向量表存储在 RAM 中,以便在中断发生时能够立即从 RAM 中执行。$ z1 }9 A& t2 I4 q& x4 q

* _* y! Z: g% t/ Y; s 88N5B9BXRZ1IR%Y(]1(DKLE.png - H2 u. B  u" P0 f
- q4 B' e& d$ n: u
从闪存执行中断  S% T+ U8 \. k/ @% \  p, L1 Z" ^
这种方法里,闪存停止,必须禁用所有中断,直至闪存再次使能 (参见图 4)。6 v, R1 C  o! m) |, F
8 R8 J  i8 Y2 ?/ l7 B2 ]% ?) ?# z! R
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9 a, J/ f$ U9 c; ?$ r" o, L
利用事件唤醒 CPU
  Q, Y  x- `' b' Q5 A0 p此方法利用事件而不是中断将 CPU 从睡眠模式中唤醒 (参见图 5)。7 h$ l1 L- z& l. _- e+ g- c% z

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2 U; N8 k( m0 F8 u# {6 G2 H
; w& D, X, o  e; Z) ]$ ]BAM 实现方法总结* [2 T8 K& l4 p  ?, P& m! b

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4 I% N' J: j- Q* }2 j1 x
3 N+ V2 [8 n) z" {+ w% h完整版请查看:附件

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