引言 STM32U5 系列微控制器基于具有 Arm® TrustZone®和 FPU 的高性能 Arm®32 位 Cortex®-M33 CPU。此类产品均采用新型结构制造,得益于其高度灵活性和高级外设集,实现了一流的超低功耗性能。- G1 _' J7 F4 N$ l- I3 t' O 除了多种 CPU 激活模式配置(可实现更高性能或更低功耗)之外,STM32U5 系列还支持大量低功耗模式,每种模式都具有多个选项。这使得设计人员可以在低功耗性能、短启动时间、可用外设集与 SRAM 数量,以及唤醒源最大数量之间实现最佳折中。3 v {0 Z. D+ S3 ]! ] 嵌入式 SMPS(开关模式电源)降压转换器可用于带有“Q”后缀的特定部件号(例如 STM32U5xxxxxxQ),从而提高激活和低功耗模式下的能源性能。) l O5 o1 a7 g! E0 B. \: d/ D5 s2 F& ^ STM32U5 器件支持 4 种主要低功耗模式: • 睡眠模式 CPU 时钟关闭,但所有外设均可保持激活状态。所有外设中断或事件可唤醒 CPU。8 p# s; K; @: l9 @2 ]# _ O- I • 停机模式 高速时钟默认关闭,所有外设和内存保留均可保持激活状态。四种停机模式可供使用:停机 0、停机 1、停机 2 和停机 3,功耗从高到低。LPBAM(低功耗后台自主模式)是一项创新功能,停机 0、停机 1 和停机 2 模式均支持该功能。借助于LPBAM,一些外设继续与 DMA(直接内存访问)一起自主工作。当外设须保持激活状态时,这大幅降低了应用的功耗。通过 LPBAM,可保持激活的外设数量在停机 2 中要比在停机 0 和停机 1 更少。停机 3 模式不支持 LPBAM。( Q' f/ C0 a" E, S1 [ • 待机模式 内部调压器关闭。大多数外设和 SRAM 保留随后丢失。在待机模式下最多可保留 64 KB SRAM2 和 2 KB BKPSRAM。 • 关断模式 这与待机模式类似,但电源欠压复位和监控被禁用。在该模式下则无法切换到 VBAT。 通过 LPBAM 和高能效处理,高度灵活的低功耗模式与自主外设相结合,使STM32U575xxxxQ/STM32U585xxxxQ 器件达到行业领先的 EEMBC®ULPBench™分数,高达 535ULPMark™。 1 概述/ m/ U8 N6 _: ^8 h; Q 本应用笔记适用于基于 Arm® Cortex®内核设备的 STM32U5 系列。) m. Q5 k B0 y 提示 Arm 是 Arm Limited(或其子公司)在美国和/或其他地区的注册商标。( b; F/ W0 v' Z8 S 参考文档1 n# S! Z7 G: B9 C+ m t6 a [1] 参考手册:基于 Arm 的 STM32U575xx 和 STM32U585xx 高级 32 位 MCU(RM0456) [2] STM32U575xx(DS13737)和 STM32U585xx(DS13086)的数据表6 t$ h9 s% B. a; B6 Z& A [3] 应用笔记用于硬件设置和低功耗的 STM32 微控制器 GPIO 配置(AN4899) [4] 应用笔记 STM32U575/585 功耗优化(AN5652), P$ c5 q8 a h' s) i& y q [5] EEMBC 组织网址 http://www.eembc.org . Y- E) e4 [* n1 g 2 LPBAM 简介 2.1 LPBAM 概述 LPBAM(低功耗后台自主模式)是一种操作模式,允许外设从设备功耗模式到停机 2 模式独立地正常和自主运行,无需运行任何软件。由于 DMA 链表传输,LPBAM 子系统可以链接不同的操作。DMA 操作可涉及: • 外设数据传输+ t) |# {7 g7 L% N* h( C; R • 外设配置( h& J5 s' l* p8 ^8 D8 R 使用 LPBAM 自动优化功耗:: |. X. Q7 Q( o • 外设的总线时钟和内核时钟仅在自主外设请求时予以分配。总线时钟(又称系统时钟)通过 AHB 和 APB 分配给所有启用的外设,其中至少包括一个 DMA 和一个 SRAM。 • 内部 RC 振荡器根据外设时钟请求自动开启和关闭。外部振荡器和 PLL 无法用于 LPBAM。; p1 ^0 }7 Y8 S • 模拟外设在需要时自动开启和关闭。$ O1 ?" J0 d0 f$ H( e' O& Q3 B • 该设备可处于低至停机 2 的低功耗模式,无需唤醒来管理外设操作,因此减少了设备唤醒和运行操作期间的能量损失。* ]$ u7 x H6 P8 e7 b 即使在停机模式下,大量的硬件触发选择也允许外设自动启动的活动。外设中断在启用时从停机模式唤醒设备。$ t% u) a9 }. a. { LPBAM 的典型基本用例是设备处于停机 2 模式下的周期性外设操作(例如 ADC 转换,或通过 I 2C 或 SPI 等通信接口仅限传感器采集)。唤醒源可以是任何外设中断,例如: • 外设的传输/转换结束/ ?* T9 Q2 i: j9 G1 Q5 D9 |7 S0 ^ • DMA 传输完成+ I# O: ~3 v i# u. g0 z( h& O • 错误检测 + D6 _- l6 h& W# x* d) U% z( Y 0 Z N2 q+ G( q# b 可以使用多个 DMA 通道或在同一通道上链接来自不同外设的操作来构建更复杂的应用。% ?+ _ ^" G5 ?2 z+ B4 o8 m/ \ 4 _. L6 l( [- @- x7 L9 T 2.2 支持 LPBAM 的外设 支持 LPBAM 的外设可分为两类:* B7 F1 J$ b, o, J8 ^& k • 具有时钟请求功能的自主外设 这些外设支持停机模式下的 DMA 传输。 • LPBAM 被动外设) Q" y5 h( a8 U/ L1 p 这些外设不支持 DMA 请求,也不支持生成时钟请求。但借助于 DMA 时钟请求,可以在因 DMA 时钟请求而接收到系统时钟时,对外设本身的寄存机进行重新配置。除此之外,有些也可以为自主外设提供硬件触发。 自主或被动 LPBAM 外设产生的任何中断都会将 STM32U5 器件从 停机 模式唤醒。 提示 停机 3 模式不支持 LPBAM。$ W: z7 r, |9 a/ i 3 LPBAM 硬件机制' W/ _: I/ }$ w9 W: y' H 3.1 电源和时钟架构 STM32U5 分为两个域:CPU 域(CD)和 SmartRun 域(SRD)。下图和下表显示了 AHB 和 APB 外设在这两个域中的分布。. M* l; s1 V; }7 S& X; ^ . Y( q' i0 Q" I) J* ? p 在停机 0 和停机 1 模式下,CPU 域和 SmartRun 域完全供电,而且均可支持 LPBAM 的动态活动。然后可以使用GPDMA1 和 LPDMA1 两者。GPDMA1 可以访问所有设备 SRAM,而 LPDMA1 只能访问 SRAM4。 在停机 2 模式下,CPU 域处于低泄漏模式,禁止任何动态活动。借助 LPBAM,只有 SmartRun 域完全供电并且可以维持动态活动。只能使用 LPDMA1,其只能访问 SRAM4。LPDMA1 链表项和外设数据缓冲区均须位于 SRAM4中。本应用笔记重点介绍停机 2 模式下的 LPBAM,因为这是最有效的节能源模式。+ @4 Q. [/ G5 @* e6 z+ |( c# g 警告: 在停机 0 和停机 1 模式下,映射到 AHB3 和 APB3(属于 SmartRun 域)的自主外设只能与 LPDMA1 和 SRAM4一起使用。主要原因在于当 SRD 外设请求总线时钟时,AHB 和 APB 时钟仅分布在 SmartRun 域中,而不是CPU 域中。 ' m' P' j3 B# \1 \ 3.1.1 停机 0、停机 1 或停机 2 模式下 LPBAM 活动期间 SRD 中的时钟分布8 D& c: I3 k* Y+ P7 b 自主外设可请求其时钟(内核时钟或总线时钟),使其能正常工作,在工作完毕后会自动恢复到默认的关闭时钟状态(STOP 状态)来降低功耗(LSE 和 LSI 低功耗低速振荡器除外)。 在停机 2 模式中,只有 SmartRun 域中的外设可正常工作,时钟在该域中运行。下图放大了 SRD 架构,显示了在停机 2 模式下正常工作的所有外设。/ J0 s$ k: g h7 r3 g + w8 h- D; C3 x1 t/ K0 o * d$ D6 Y+ o# s6 E SmartRun 域可以具有两种状态:) O- {5 \" [7 p& G/ z8 y V# @ • SRD 处于 DStop 状态:不存在 AHB3/APB3 时钟。 • SRD 处于 DRun 状态:AHB3/APB3 时钟存在,并在停机模式下分配给所有在 RCC 中启用的 SRD 外设(参见表 4)。 , m0 C# T7 M1 `0 G- W # \# P, ]! x, }/ o 提示 通过设置 PWR-CR2 中的 SRDRUN 位,可强制使 SRD 始终处于 DRun 状态。* T5 W# J! m) }8 D5 F) L u+ q9 s 下表详细介绍了域状态和时钟分布。 6 W( q5 d0 [, i% F + B+ w' [9 j. y2 W# c4 W/ X. ~ 警告: 对于任何需要在停机 0、停机 1 或停机 2 模式期间正常工作或由 LPDMA1 访问的 SRD 外设,都须使用在RCC_AHB3ENR/RCC_APB3ENR、RCC_AHB3SMENR/RCC_APB3SMENR 和 RCC_SRDAMR 寄存器中设置的三个使能位进行配置。$ r6 p; [3 h6 h! P4 @ # b( q/ Z0 {" q) Z# B7 D 完整版请查看:附件" K9 A: S! }) F- Z 0 ~9 ~# o+ H: E1 A5 s2 G0 W 5 ]( a, h5 g( v8 [ |
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