前言
5 G3 y; y+ ^- @- ySTM32L0 和 STM32L4 系列微控制器具有复用的 UART 接口，这一设计令 MCU 仅需最小功耗即可工作。
# p/ F' E0 |2 I+ i$ o本文的目的是解释怎样充分利用低功耗 UART （LPUART）的优势，扩展上述产品的电池寿命。
它显示了在实际示例中，等待通信设备的极低功耗。软件包 X-CUBE-LPUART 提供了在第 6.1 节和第 6.2 节中所述的用于执行测量的代码，可从 www.st.com 下载。
下列文件 （也可在 www.st.com 获取）可作为参考：
• 应用笔记 AN4445：“STM32L0xx 超低功耗特性概述 ”
• 应用笔记 AN4621：“STM32L4xx 超低功耗特性概述 ”
; P1 U& Q6 \" o8 e& G. H• 应用笔记 AN4746：“ 优化 STM32L4xx 的功耗和性能 ”
• 参考手册 RM0351：“STM32L4x6 高级的基于 ARM® 的 32 位 MCU”
  ^5 X  [0 L+ p: @# U; E, L, W• 参考手册 RM0376：“ 超低功耗 STM32L0x2 高级的基于 ARM® 的 32 位 MCU”。
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1定义

5 n- [  m5 _% O& a( \, F* m4 W, g/ S) ?
2 特性总结
2.1 L0 和 L4 系列比较
虽然 STM32L4 和 STM32L0 系列上的 LPUART 外设实际上相同，但这两种产品有很大区别。除了 ARM® Cortex® 内核不同，还有其它区别影响了 LPUART 的效率。
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2.1.1 时钟子系统
STM32L4xx MCU 可支持更高的时钟速度，这有效地降低了高要求任务的处理时间。 MSI 内部时钟源也因此调整以达到更高时钟速度。这一 MSI 的加速降低了低速的选择范围，
STM32L4 MSI 的最低可能频率为 100 kHz，而 STM32L0xx MCU 为 65 kHz。
: t! o  y3 }6 m5 ^; K5 L" G  s1 MHz 以下的可选速度是不同的，因此难以直接比较两种 MCU 的效率。另外，在STM32L4 系列中，MSI 可在其 PLL 模式中使用 LSE 硬件自动校准。这使得 MSI 更加精确，而 STM32L0 产品无此选项。
STM32L0 系列对于 HSI 时钟源具有一个简单的时钟因子 4 分频器，这使得 HSI 成为 16 或 4 MHz 的有效源。 STM32L4 MCU 在 HSI16 时钟上没有直接的分频器。因此，在一些 UART速度需要高于 9600 Bd 的应用中， STM32L0 可能会高效很多。对于 STM32L4，若 16 MHz不够有效，解决方案为使用第二时钟源做系统时钟。
+ Q4 ^' D/ F# A" LLSI 时钟频率也有不同，但这与我们的情况无关。
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$ ]) I  E: Q/ j7 v4 x# S* w6 U2.1.2 电源管理
STM32L4 系列的主调压器仅有两个范围，而 STM32L0xx MCU 有三个。此外，由于有更强的 MCU 支持，这两个范围被移到了更高频率。
非常有用的低功耗运行模式弥补了这一不足。
3 }* Q1 b6 B) Q$ E4 SSTM32L0xx MCU 在从 Sleep 或 Stop 低功耗模式唤醒后，无法直接返回至低功耗运行模式，而 STM32L4 系列不存在这一限制。 STM32L4xx 上的低功耗运行也不限于 MSI 范围 1，
( `. r* N/ T8 Z0 F) @9 H还能工作于高达 2 MHz 的系统时钟速度。即使在低功耗运行中， HSI16 仍可被用作外设时钟。
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1 B9 E- F0 T" _+ C2.2 与 USART 外设的比较
* N2 ]  ]2 w$ g8 z3 lLPUART 比 USART 特性更少，但可用更低功耗工作，并可更有效地使用 LSE 时钟。
两种外设的主要特性总结于表 2 中。


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USART 还可使用 LSE 时钟工作，当过采样为 8 时，通信速度最高为 4000 波特，当过采样为 16 时，为 2000 波特。
! j# k. F# e* d2 e/ z当使用 LPUART 时，仅需 32.768 kHz LSE 时钟即可达到 9600 波特的串行通信，功耗最低，外部晶振可允许非常精确的速度设置。
对于更高的速率 （例如用于 BT LE 的 57600 波特）， LPUART 能效优势下降，但仍可测量为 5% 左右 （参见第 6.1.9 节：更高通信速率）。
* t5 t! ?: q& @; k( A本文侧重于 9600 波特处的通信，这对很多应用是通用的：当在 9600 波特速率设置处从Stop 唤醒时， LPUART 的能效优势更加显著。


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3 工作模式
* m  D: S7 B, a" j, w) L4 ?1 H3 [- p实际场景可能覆盖多种配置，使用不同的波特率、发 / 收比以及消息间时延。所有这些因素都会影响工作模式的选择。
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3.1 轮询模式
轮询模式为最简单的可能的工作模式，也称为阻塞模式。CPU 处理单个任务，在非激活期间切换至低功耗模式。几乎没有处理开销，因此可使用非常低的系统时钟速度。
+ `5 A; V( y0 B( P9 O, @& f) o对于非常简单的场景，此模式极其有效。然而阻塞模式有效地阻塞了 CPU，使其不处理任何其它任务，例如数据处理或并发通信。
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3.2 IT 模式
, y) k, S3 h9 d! w$ G5 P$ T0 S3 y第二个选项是完全依赖于中断，对于每个传输的字节都唤醒 CPU。此工作模式利用 ARM®Cortex® 高级 NVIC 的优势，将处理分割为原子操作，永不阻塞 CPU，实现实时响应。
然而，此模式会略微加重 CPU 负担，它增加了与栈和上下文恢复有关的处理开销。

" ~1 ?$ V6 L6 C. l0 g3.3 DMA 模式
在 DMA 模式中， CPU 空余了一大部分的处理，设置 DMA 通道在外设和 SRAM 间移动数据。 CPU 可能会花费一部分处理时间在 Sleep 模式。对于循环缓冲管理，用户应在不需要时禁用半缓冲中断，以让 CPU 内核休息更长时间。然而，DMA 无法与 Stop 模式组合使用，
在进入 Stop 低功耗模式之前，应禁用所有 DMA 通道。
3 h+ `( H3 C! n9 a. ~. o4 eLPUART 传输的实现得益于批采集模式 （BAM），在该模式中 MCU 处于 Sleep 或低功耗Sleep 模式 （CPU 时钟关闭）。通过将 Flash 存储器配置为掉电模式并关闭其时钟，以及仅对 DMA、 LPUART、 SRAM 提供时钟，可优化功耗。

" E; c8 q" H: r6 p3 Q/ E3.4 组合模式举例
实际应用通常是以上所述模式的混合，开发者一直尝试在冲突的需求间达到最佳。下面的例子并不在附带的源代码中，只是为了抛砖引玉。

3.4.1 带轮询的中断
一些嵌入式系统可能不需要严格实时，在此情况下，可阻塞 CPU 一段时间以处理一个消息帧。尤其是对于发送的情况，通常用于处理所有 TC 中断的能量被保留，在阻塞模式中发送消息，这时时钟速度可降低，功耗调压器切换至低功耗模式 （LPRUN）。如果 CPU 可在阻塞模式中处理消息，则大约仅需要一半时钟速度。之后恢复正常工作，最好在 Stop 模式中等待进入的应答中断。
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6 L7 S* @; v+ N* ^! B3.4.2 DMA 和直接访问组合
' ^: j( u5 }% ?DMA 通道方便发送数据，它在接收期间是节约功耗的。
8 i3 `# j! ]1 R8 @/ w) y' W它的缺点是，在 DMA 模式， LPUART 无法利用从 Stop 模式唤醒的功能。原因是，在唤醒事件之后， DMA 获取正在进行的通信有困难。对于所有可能长时间空闲的应用来说，这是一个严重的缺点。
然而， DMA 仍可用于发送，然后用阻塞或中断方法接收。在通信系统中，若进入的消息快速连续或时序可预期，基于 DMA 的接收也可能是一个有效的选项。


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( q  L4 }. f, i, g+ Q完整版请查看：附件


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