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STM32U575/585 功耗优化

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STMCU小助手 发布时间:2022-11-10 18:00
引言
# k+ s# p' \, h/ z7 [/ k4 ^STM32U575/585 微控制器(MCU)基于具有 Arm® TrustZone®和 FPU 的高性能 Arm® 32 位 Cortex®‑M33CPU。这些 MCU 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。STM32U575/585 器件可为应用实现极高的能效。! p9 e6 H  z0 U
带有“Q”后缀的 STM32U575/585 器件(例如 STM32U5xxxxQ)支持在运行和低功耗模式下使用内部 SMPS,从而能够设计出非常高效的低功耗应用通过集成 ART 加速器 8 KB 指令缓存,STM32U575/585 MCU 可在高达 160MHz 的频率下运行,实现 240 DMIPS 性能,同时保持极低的动态功耗。
* O# _# N: O4 xSTM32U575/585 器件嵌入了大量智能高性能外设,具有多种先进的超低功耗模拟功能。借助于 LPBAM(低功耗后台自主式),许多外设(包括通信、模拟、定时器和音频)均可正常工作并自主进入停机模式,并直接访问内存。( m; j* R% j5 t
超低功耗设计和处理性能的组合使这些器件能够达到行业领先的 EEMBC® ULPBench™得分,最高达到 535 ULPMark™。! [7 B! ^. U/ J; V0 C+ ?. D, }6 s% I3 E
STM32U575/585 MCU 集合了多种创新,能够使不同模式下的功耗减到最小,同时保留大部分现有外设并很好地实现了引脚容,能够很容易地从现有产品上进行移植。0 v- u# T6 ^- o: b
得益于其内置内部稳压器和电压调节,无论外部供电电压是多少,在活动模式下都能保持尽可能小的消耗。这使得这些器件非常适合电池供电的产品,所需供电电压可低 至 1.71 V。$ a) }* A4 f! g: }) q& r' G
此外,它们具有多电压域,允许产品以低压供电,同时模数和数模转换器可在高达 3.6V 的高电源电压和参考电压下工作。
' g" P4 o0 t; v) ESTM32U575/585 器件可支持电池备份域以保持 RTC(实时时钟)运行,并能支持 32 个寄存器(每个寄存器为 32 位宽)的组,该寄存器组在失去电源时能够保持内容。该可选备份电池可在有主电源时充电。) o& o  [* j9 u9 p& B+ T$ r0 ]
这些器件支持多种主要的低功耗模式,其中每种都有多个子模式选项。这使得设计人员可以在低功耗性能、短启动时间、可用外设集与唤醒源最大数量之间实现最佳折中。
! @3 v: e( N  J3 e# B1 概述" M; {  Q1 W) t$ G- x' ^& V: t7 D0 m: @
本应用说明适用于基于 Arm® Cortex®内核的 STM32U575/585 微控制器。8 ?2 H4 Q* U% F9 D
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。" E+ r7 `5 c3 f. m
7 w, K% s* Z9 \/ E7 R
2 高能效处理
2 ]& h! z+ o5 ?! R1 k: ~
由于使用了关联到其存储器接口的 Cortex‑M33 核,因而在运行模式下获得了很高的处理性能(以 DMIPS/MHz 表示)。为确保实现最大工作频率下的高性能工作,STM32U575/585 器件嵌入了 ART 加速器指令缓存(ICACHE),通过其屏蔽 Flash 访问等待状态。无论系统时钟频率是多少,都可达到 1.5 DMIPS/MHz 的处理性能。
7 X2 A8 o6 H+ Q$ ~4 [STM32U575/585 器件支持动态电压调节,以便优化其在运行模式下的功耗。可根据系统的最高操作频率,调节为逻辑(VCORE)供电的主稳压器提供的电压。更多详细信息,请参见参考文档[1]。9 D5 U+ {4 Y% @; j" B8 J7 ^
主调压器在以下范围内运行:
& D1 f: O, i  g% T• Range 1(V 内核 = 1.2 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 160 MHz! t6 t+ L/ f) C" z6 x% l/ O$ v
• Range 2(V 内核 = 1.1 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 110 MHz0 h3 @) {  u5 w
• Range 3(V 内核 = 1.0 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 55 MHz+ j. c" O% j* m0 n+ X* v
• Range 4(V 内核 = 0.9 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 25 MHz
- j1 s, G1 p( R2 b1 ~8 R7 N除非另有说明,否则本应用笔记中使用的所有功耗数据均基于从参考文档[2]中提取的 TA = 25 ° C 且 VDD = 3.0 V时的典型规格。
3 p% u/ N8 O" Q  b) u提示 使用低功耗调压器时,根据软件配置,系统时钟可以是频率高达 24MHz(默认为 4MHz)的 MSIS,也可以是7 A- _4 m: H. J$ M6 U8 N
HSI16。
0 W5 T1 `$ X/ i' ]* t
# F$ l4 F8 L& x' e
2.1 内部调压器效率) Q  `# E' G" p4 B1 {2 b# r! Y
STM32U575/585 器件嵌入了两个内部调压器,可在应用运行时根据应用要求进行选择:- X) w' A, m6 w/ I$ r# c: d
• SMPS 降压转换器
5 ?: N0 H7 l& X% `0 w8 z3 o% r• 线性调压器(LDO)
! b8 `4 W) ]9 k1 XLDO 和 SMPS 稳压器有两种模式:
0 O, z, L4 \1 \3 X. P6 @0 t• 主调压器(需要性能时使用)' ~' h2 I2 `5 K
• 低功耗调压器& x6 U7 m1 O  D1 ~' m: ~2 I
两个调压器都可以提供四个不同电压(电压调节),同时还能在停机模式下工作。
& w1 p% W$ g+ r1 y
4 l5 @& s+ `: Y) K6 S! I0 f
+ o4 d; R8 i1 n5 X0 \
GU~GDX[_9ZDNEXBH8)RP%Z5.png ' S. F6 `& d3 [# b2 m& S& G
) |4 l& y' F7 E$ i
下图显示了 STM32U575/585 微控制器在运行模式下用于 SMPS 和 LDO 配置的典型电流消耗(作为系统频率的函数)。
$ ~: n1 I/ a  M7 B) k
( k: f0 m; ?8 X9 _

, @5 @" [% b- Z: V/ `3 i9 D( s5 A CX3R)1DKQKEZ{3{MQ[)VT$T.png ' t2 c+ j! W4 n* L  Y3 ^* Q7 t& _7 Z
' `5 M- K' r# S/ c! X* j3 t/ l

2 Z  Q& h: ~1 J2.2 ICACHE 效率4 V( s) T; L" d( V0 o# B! |
指令缓存(ICACHE)旨在缓存来自处理器的指令提取或指令存储器负载。ICACHE 只管理读事务,不管理写事务。在大部分时间,ICACHE 通过从内部 ICACHE 提取指令来降低功耗,而不是从更大且功耗更大的主存储器中获取指令。
7 g6 \( G7 e! c; s
' L, @; u$ ~/ R5 r: _0 sICACHE 的默认配置(复位时)是双路组相联缓存。对于需要极低功耗配置文件的应用,ICACHE 可以配置为单路,即直接映射缓存。
4 j2 e- v5 @& |, C2 V) L! _5 Y# j" b- B2 c

0 [1 x5 b8 a0 G9 l: C, t# y9 ^ QG_QI4O{00Q@@(T$XTN75LU.png   a9 W+ _3 b3 v% @5 W3 N6 C5 M

9 g$ z+ @! g! T8 M) m2.3 Flash 效率
. E$ V  A7 ~5 D" D; g! [下图显示了 Flash 延迟(要被编程到 Flash 访问控制寄存器中的等待状态数值),具体取决于 STM32U575/585 稳压器电压调节范围和系统时钟频率。/ u+ h! x2 t( Y

4 e0 [2 x2 {4 a3 Z' l3 p 3O_5B_NC_5ZJ(5%Q19NP1%3.png
! R/ r5 `7 n) j6 o
7 D, s* ]& r$ y( e

! V3 y* c6 }0 EFlash 支持低功耗读取模式(LPM)。等待状态(WS)的数量取决于 LPM:2 W& p8 L% p- i  N
• LPM = 0:多达 4 个 WS(取决于电源电压和频率)! ~  e- Q2 t, p2 F
• LPM=1(降低功耗并增加延迟):高达 15WS(具体取决于电源电压和频率). F8 X7 X9 K& F- _7 t" g) g

" }3 ?0 m7 C* i5 B: a# q8 @' g; Z! E
0YE4BQ9NWF`JNA6ZCQ5]CVU.png
& y1 n' D  x/ C7 A
: K- L' J$ |% D/ _# s2 l完整版请查看:附件
, Q2 p" ]5 Y- r4 O8 `: Q: L5 ^2 b8 A: f( f  ?( `4 ~% B; ^
# h* {8 v1 G& k2 _- v

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