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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2 I, H& W  A& f' H+ V. _7 m, m
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。
9 m( a1 ^: e9 q9 N6 I; u& v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。
( d, Y+ g4 c. f8 {2 MSTM32U575/585 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。- b: B8 H4 w  n2 c) [) U# C) o7 }
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 a# M0 ?7 q0 {& B+ @1 U
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。
9 }% {& Y! o6 l$ t) s0 E& 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。4 \  Q+ f+ h' {1 P) B
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。$ l) M, K1 b/ k, Z
STM32U575/585 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。
; D, D5 }- z$ a8 U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。
9 I7 F& l8 U8 s  _0 b5 Z+ A1 概述
& U6 t8 n& z; O7 Q% v1 ~) }本应用说明适用于基于 Arm® Cortex®内核的 STM32U575/585 微控制器。
( Z" Z$ a( e- b* F. U" r2 g) s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。$ f* Y0 R  P! T7 q4 E& W/ n

7 A- `; a( p, b2 高能效处理
7 P6 N  p9 p5 p, e# F/ E0 K" v1 S7 T" [
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。3 f& m& z( s5 R. m) l
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]。) }7 I6 W. m' I! e
主调压器在以下范围内运行:
3 Q) d6 Z& M! p1 f+ u• Range 1(V 内核 = 1.2 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 160 MHz7 x4 f! A( H/ u( g$ _1 o4 M) E
• Range 2(V 内核 = 1.1 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 110 MHz2 G3 r5 ~; Y: E; X- C, F
• Range 3(V 内核 = 1.0 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 55 MHz: i1 o) k$ r' r  v
• Range 4(V 内核 = 0.9 V),其中 CPU 和外设运行频率高达 25 MHz
7 [* \: C5 ~3 Y( [+ Q2 i4 B  ~2 f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。
2 C2 s: E% G! K$ N0 h4 R0 y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, M2 _5 B3 b9 x! y! t# h- o- I
HSI16。( x. j- D% p* u! i4 d

6 n9 D% }5 Q8 j% e
2.1 内部调压器效率* i$ Q. E# y; h0 k9 R9 w* t1 ^
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:0 `6 g* u  U. D8 V" r
• SMPS 降压转换器7 ^" [+ |8 c! R4 O8 M4 y0 f+ ]
• 线性调压器(LDO)
2 f' l. Q0 z) o" T+ f1 d7 BLDO 和 SMPS 稳压器有两种模式:
3 Y, M5 K/ g" b; U• 主调压器(需要性能时使用)2 r/ y* F' w2 s* }
• 低功耗调压器
- u+ E6 q4 y4 q/ ~# r, G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。" f! N$ \; Z; ^1 ^& ~4 f: u) S
; v* w% p2 `; n3 a' t
& a7 C" s+ G4 f& Z- R2 W
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2 R5 ~% B# J+ x* Y4 H1 j& u- s& I+ ]
% L0 T! u; c' I+ e/ V0 Z: f* \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)。  r$ ]* \3 _' f2 J: V9 B4 A
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3 Z. B( Z+ n4 n2.2 ICACHE 效率
8 a: p6 D5 Y( N. L4 k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。6 ?5 l' W3 y' u8 {% I
2 y& Q0 e3 m0 y
ICACHE 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。
. h* S% H- W5 J' y4 @. Y2 y7 h" z/ S0 z( [6 }

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! Q4 b6 O: x( B# _, h8 A+ E8 x& S( t7 C/ G* K5 O1 X& \
2.3 Flash 效率1 y' B, d+ ~' {
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。9 g1 k" P& T' I8 y; Y

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" Z! @  s* i* E* ^) q* |
Flash 支持低功耗读取模式(LPM)。等待状态(WS)的数量取决于 LPM:8 [# A* `7 W& f6 X( \
• LPM = 0:多达 4 个 WS(取决于电源电压和频率)3 l4 A* p7 ^+ X: k/ Z6 q
• 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)' ^/ `* o9 p& L5 [" |/ D7 q! V2 G
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% M! ?2 W# S( @5 N% Q. i; p0 r完整版请查看:附件
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4 k8 V- G; {9 t1 g) F' v- d

zh.DM00781372.pdf

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