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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7 n# t9 ]7 l  p* N. t
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。
, v9 k, o1 x& O2 U" ~6 ^- X8 LSTM32F411xx 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。
# s5 q& T% F* T  A: A2 S+ R5 |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。5 T0 ]0 F; o2 x  c6 P( U' D3 J
本应用笔记中采用 X-CUBE-BAM 固件包。2 ^' d0 B9 B! S. X  C4 q  `4 U
# ^7 a6 W  ]8 @( Z& L2 d  O
5 m5 m* ^7 ^( X8 L0 t$ L$ f) d6 ^
1应用概述
/ u3 ]# R! F8 T* b$ Z. n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。
. b0 q& X; |1 ^1 T- w/ B& ^
4 g; a  B6 i, J+ k
1.1 硬件高层描述) H/ I- M, D/ \% k0 ~; m, V7 O0 g3 g
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。" u8 x6 f1 X( j& I8 \
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。
$ G7 x. l( H# ^" v4 ]1 显示了应用的高层框图。+ [8 o* V0 _0 t* Y  @
% a) N5 w" A! n+ r5 J

+ \; M7 p. t. M/ F# h; z B}CQ~9@(%}BO(MKRRG}CY.png 7 G$ o* I2 ~: E5 Z; I; t
4 k# k" w% p5 c! c
注: X-CUBE-BAM 还包括一个基于 LSM303DLH MEMS 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。
8 d2 E: W. Q5 [% R. {% s1.2 低功耗模式) U% G5 P: B9 x# F/ b; `2 o' b) ]
本章描述了应用中所使用的不同低功耗模式。
8 F% L; `+ }/ N低功耗运行模式1 m! O+ u1 v7 w/ ]3 u
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。 7 z; Q3 @' K8 Y3 {8 [9 H
睡眠模式
. E/ G5 ?) ~2 c% L; `" v3 b+ l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。 : A$ {" \) R0 O2 o  V* s% M9 L
停止模式3 r: Z) L% G' l$ W+ j9 q# A6 m
CPU 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。
" @1 `# g) J( ~9 E5 C待机模式
# ?, a5 v( Z7 x# h) L, f9 p, u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。
( ?/ a, Z9 v6 G& O! t% _注: 更多关于低功耗模式的详细信息,请参考 STM32F411xx 数据手册。9 |6 H. l* f. P; W2 [

* p# f% a  Z; y* Z

5 ]* i: i. O3 m1.3 批采集模式 (BAM% A5 j6 a# L' x' W& Z' r
1.3.1 原理  s$ q. r8 j+ ^
批采集模式 (BAM)可优化数据批处理的功耗。
8 ?: A1 r3 Z: t7 M. U. Y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:( p: c7 \! e  C8 N
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。 1 {: e! w  s1 W: p( i6 q+ l8 V
从 RAM 执行程序允许关闭闪存和停止 Flash 接口时钟。
/ P7 ~( E4 t! K  w1 Y7 gMCU 内核处于睡眠模式,等待中断 / 事件将其唤醒。
( z5 H2 I3 H+ o7 ^- @6 y/ s' k. U: F
6 k) S+ f" k6 U% }& A( U3 C
1.3.2 BAM 用例! {: u, `8 N! Y
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)。
# d' P/ q  U9 n- v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。* n( P/ a: I  G& j$ [7 n  M

- w- q0 b4 m' p$ o, c. g7 Y: N9 s

% j' x+ b, ^8 D1 X  ~; } (ZXEUIU%[D3JK2CKRXL~X.png
) S& J- j: ]* n' Z6 z+ ~- E- ]- D6 Y6 {) V' ^# d( v! P4 ]5 ~
5 f) k; V2 J5 V( s# J0 g
1.3.3 如何实现 BAM, N/ j8 W7 b/ _  l
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34 5)。
+ C% F' Z1 U' a( q' m/ ?# B可采用 3 种方法来实现 BAM。每种方法都取决于用户应用:% B, P" g9 z" R1 U! x
从 RAM 执行中断  z: x$ I; u8 r( f
从闪存执行中断/ E$ Y2 ~5 d( m4 w- U+ l# |$ q
利用事件来唤醒 CPU
+ D2 p9 b4 n( S1 w- D
: p) }% R" \# ]7 i) U  n- u5 t: ]7 h
RAM 执行中断
% K: v0 }+ l6 `: q* |应用笔记用例中采用此方法 (参见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。& T* b: G4 y" A

% O- b- w) f. d/ t, ^- O+ v$ Y: Z! X 88N5B9BXRZ1IR%Y(]1(DKLE.png ) F; i! K' L1 Q$ O! d
- n: J. Y# z5 H9 J. h, K( \6 F
从闪存执行中断
1 V) N# H; p5 E( X5 G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4)。
1 @6 |& l. O- G' ]+ l3 T8 h$ F
  F1 C- y; K6 ~0 {% k( e
7QE`PRO}_]E6S9UBTUL6U%O.png 2 E. J6 H: y5 z+ g1 G9 b% J% E- w" X, X

* I+ q7 A6 b2 y0 E% X& g
9 {# l8 f& ^1 l8 R
利用事件唤醒 CPU
" ~3 s- W: v" b/ E  S此方法利用事件而不是中断将 CPU 从睡眠模式中唤醒 (参见5)。
) V- p3 R( O$ h" d0 H3 ^3 j7 s' F) i
/ j8 x, x2 S/ _+ _$ ` 0A9Q0B[5]_5`~E%@AYN$PV1.png 3 M* W  h2 h; Q: ~% ]; W4 [

) J8 f1 O/ O' w! ?6 u9 FBAM 实现方法总结/ o% t8 T+ Z$ g  o; I" X2 e

( M2 T. i5 F' H0 I/ a- L( N0 g 0O)X%7)]1VZJAG8P)RO%AG6.png 2 O( `  \8 E& B: G
& f2 n+ ~; b- U5 Z3 q

1 _0 o/ m$ l/ a. X+ |2 f3 d, Z完整版请查看:附件

" h5 x& j. Z  [: t- Y8 d2 t+ z

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