NUCLEO-U545RE-Q板卡评测

（第一弹）我的第一块M33开发板

开场

非常感谢ST中文论坛提供的评测机会。有机会接触到我的第一块STM32U5开发板，也是我的第一块ST的M33架构的开发板。

一、遥望

1.1 快速了解板卡资源

在收到板卡之前，我其实已经在官方产品页面上了解到这块板子的基本情况。

1. 这块板子配备了两个USB Type-C接口。型号是Amphenol的12401826E412A。这就意味这可以用这块板子来USB相关的实验。
2. 自带32.768 kHz晶体振荡器.也就是有了LSE时钟，做RTC实验应该没有问题。
3. 带有一个用户按钮和用户LED，这两个外设是做GPIO实验必备的外设。
4. 这个板子的PC2外接了电源采样环节。可以对USB电压做监控。（见下图）

当然这块板子的真正重要的是核心微控制器STM32U545RE。这款MCU在U5中属于低端系列。但是U5的顶级配置可是4M Flash,2M RAM的级别。所以这个低端系列其实一点也不低端：160M的主频，配合0.5M的Flash。另外就如开头我提到的那样，这款MCU是一款M33架构的，内部包含TrustZone。这就是说这款产品很适合低功耗IOT产品的需求。此外它还带有MPU, DSP, 和FPU。打开CUBEMX你会在computing一栏里看到ADF1，FMAC，MDF1，CRC和CORDIC。这些外设（除了CRC和AES等）我在之前的产品中都没注意到过。用过G0的都知道在低端MCU中很多都G0X0系列都没有32位的Timer，G0X1的才只有一个。好家伙，这个U5系列动不动就给你来个4个32位的Timer，这谁受得了。另外这个板子支持OCTOSPI(但是这时候需要移除SB31，否则应该会影响外设的接入。)有一个14位ADC和一个12位ADC。（每个ADC有多个channel）。

但目前的开发板还是有几个需要注意的地方。一个是LQFP64封装的U545RE不支持摄像头接口和PSSI接口。尽管支持CHARME-ART图形加速，但应该只能用于SPI的小屏幕了。

这里发现手册上和cubemx出入的地方：一个是AES（cubemx无此外设，但手册中有），一个是16位宽的PSSI（100pin是这个系列最多引脚的产品，似乎也只支持8位位宽的PSSI）。

在大致了解完这款产品，目前发现音频这块的性能很强。不知道用来做声音的AI识别有没有可行性。后面深入了解之后再进一步说明。

1.2 U545RE的架构了解

正如我在前面所说U5系列内核时Cortex-M33内核，目前ST使用M33内核的产品有L5，U5和H5。这三个5字辈的产品线。M33内核相较于M0/M0+，M3，M4，M7内核产品的特点在于安全性。具体来说就是TrustZone。我们论坛的仁兄分享了一篇文章：从Cortex-M33内核认识TrustZone.初见时我惊为天人，本群竟有如此有知识又愿意分享的大神。我一看它竟然发了2K+的分享。顿时间，更加佩服了。不过后面搜索的时候发现，有人也分享了这篇文章。我甚至还在想是谁在抄袭gaosmile。后来才知道时stmcu官网。

这里附上官方的完整课程链接：STM32L5 入门课程系列.好像B站还有相关的视频。

言归正传，这篇文章详细介绍了TrustZone。因为篇幅有限，提交内容数次丢失。我决定，后面再开一篇文章详细说一些U5的架构。

二、初见

1. 直观感受

周日晚上回到家，收到了开发板。刚拿到快递的时候，发现一个大大的盒子，以为还是像Nulceo之前的开发板一样，用吸塑工艺制作的防水防撞的软塑料盒包装。结果拆开包装之后里面还有一个小小的纸盒，上面赫然写着“STM32 Development Tools”。拆开盒子发现里面有一张牛皮纸通过剪纸工艺处理后折叠而成的环保减震层和一个电子产品防水袋。打开袋子里面赫然躺着一张白色的开发板。板子上蓝色的ST字样的丝印揭示了它的身份。整个包装非常的环保，但是板子上两个闪亮的USB接口和纤细的蓝色丝印给人一种赛博朋克般的感觉。:wink: :wink: :wink:

拿到板子的时候，明显发现两个很大的变化。第一是两个USB接口都变成了目前流行的<font color = DeepPink>USB Type-C接口</font>，这个板子还是用了昂贵的Amphenol的USB Type C接口。这接口要一个多美金呐。板子确实下了血本。第二个是板子的ST morpho接头已经焊接上了。之前的板子基本上都没有默认焊接上ST morpho接头上的排针，甚至MPI10接口也没有焊接。这次一并奉上。 还有之前STLINK和核心MCU部分中间有一条断续分割线。这次也没有了。毕竟大家基本都不会将ST-LINK板子和核心MCU部分分开。尽管之前的设计者挺用心，但目前已经没有必要。去掉可以方便布线和元器件摆放。 好了废话不多说，图片三连以表谢意。

2. 硬件注意事项

2-1 晶振的变化

当然上面只是依然就能发现的变化。其实还有更多隐含的变化。还记得以前的时钟设计吗，通常都是由ST-Link上模块的MCU上的MCO引脚输出一个8MHz的时钟当作目标MCU的HSE输入时钟。但是这个板子却并非如此。请看下图： 图中的X2没有焊接，SB20也没有焊接。事实上板子上确实没有焊接。也就是说HSE没得用了。但不要慌，这说明了ST对自己的HSI很有信心。我们看一下Datasheet上的几个参数。

可以看到HSI16和HSI48在-40到125°之间的误差最大约3%。换算成PPM可能到30000PPM。这个数值确实很大。常温下PPM大概5000PPM，依然挺大。那ST怎么解决呐？后面会讲到。 U5其实有三个HSI。纳尼，这么复杂？HSI48时钟除了给USB，SD等外设时钟，它还供CRS用的。（注意不只是给USB的。<font color=DeepPink>别的系列可能是给USB用的，U5不只是那么简单。</font>）这个CRS叫Clock recovery system，时钟恢复系统。用来校准内部时钟。所以别看先天能力不行，但是软件可以优化。因此通过一番努力就提高了晶振的准确度，让他可以用于同步任务中。

SHSI，就是架构中讲的TrustZone的Secure World使用的。估计可以防止通过监控时钟变化来破解芯片。

实际上U5在时钟上有了一个更好的选择MSI。听到这个名字我还以为是中速时钟，实际上它是multispeed internal RC，多速内部时钟。和HSI类似，这个时钟提供了两套版本，安全版的MSIS和通用的MSIK。偷个懒，我直接引用手册中的原话：

MSI (multispeed internal RC oscillator) trimmable by software, that can generate
16 frequencies from 100 kHz to 48 MHz. When a 32.768 kHz clock source is
available in the system (LSE), the MSI frequency can be automatically trimmed by
hardware to reach better than ±0.25% accuracy. In this mode the MSI can feed the
USB device, saving the need of an external high-speed crystal (HSE). The MSI
can supply a PLL.

通过和LSE辅助校准之后，精度可达2500PPM。比HSI的精度高了很多。此外它可以选择从100 kHz to 48 MHz之间多个频率。

另外一个好消息是提供了LSE,这次可以用上RTC了。晶振是NDK的NX1610SE，手册中的显示精度是-0.04PPM/℃，也就是125°的时候最大4PPM。这个数值挺好的。

时钟讲了这么多，主要是因为这一点很重要。时钟之于微控制器恰如呼吸之于人。

2-2 多了一颗双色LED

除了经典的STLINK的LED 之外，还加了一颗只是电源状态的LED。

2-3 电源的变化

开发板U545RE芯片上面赫然放着两个跳线帽，一个两针的标做JP4，一个三针的标做JP5。通过查看原理图可知JP5可选择U545的供电电压是1.8V还是3.3V。 为了兼容1.8V，VDD_USB的电压还独立提供了3V3供电。JP4可以串联电流采集设备来获取VDD_MCU的电流消耗。 因为本次的MCU是Q版本（型号STM32U545RET6Q），芯片提供了SMPS供电。需要说明的是这个芯片不再支持外部SMPS供电。原理图很有参考意义。

2-4 用户USB接口

话说这次在评测板子的时候，先用的macos系统。结果插上USB先之后，LD1红色闪动，LD2不亮。用lsusb也不能显示相关设备。尽管这个USB线可以识别手边的便宜的DAPLINK板卡。奈何。换了一根更好的USB线之后就可以了。之前树莓派4刚发布的时候遇到过类似的问题。有兴趣的可以看看。因此我就想探究一下原因。 不妨先来看一下用户USB的局部高清图：

这USB高大上，周边U开头的芯片有3个之多。更有一个MOS和一个三极管。我对它的设计很有兴趣。因此就扒了扒原理图：

可以看出这个原理图大概有三个功能部分组成。

• 第一部分是USB的DP和DM信号和MCU的连接部分，这部分用了ST专门设计的USBLC6（U18）来实现对USB信号的ESD保护。这个设计很经典，我自己也喜欢用类似的设计。
• 第二部分是USB的CC1和CC2的识别部分。这是Type-C设计中需要注意的部分。简单的设计中都是在CC1和CC2上分别挂一个5.1K的电阻。但是这里却没有这样设计。那这部分到底有什么用？那就需要看看U20的功能如何了。其实这款芯片也是ST设计的，通过查看手册可以了解到这个芯片的功能不只是识别CC1和CC2那么简单，它还负责对整个USB设备进行保护。众所周知，现在的快充很流行。提供的电压很多超过了5V，如果直接接入整个板子的5V电源一定会出现问题（查看JP3原理图了解详情）。因此很有必要对输入电压进行监控。这个芯片功能很强大除了监控电压啊可以提供USB-PD的保护。细节就不再赘述。有兴趣的可以看一下原理图。<font color = red>可以看到CC1c和CC2c其实直接接地了。</font>目前怀疑是这部分的设计导致出现的问题。（CC1c和CC1正常是联通的）

三、软件和架构

这部分在另一篇帖子里讲。这周主要就在研究这一块。点灯什么的已经尝试了，但是这怎么过瘾，大家都在发点灯，咱就稍后发点别的吧。 （下周预告：架构和步进电机驱动。）

其它一些资源汇总

1. 视频资源 STM32U5系列 ——超低功耗高性能 Cortex-M33 MCU技术解析

帖子在本地编写，因为上传出现了图片问题。暂时不知道怎么修正。

watershade 发表于 2023-11-12 13:27
帖子在本地编写，因为上传出现了图片问题。暂时不知道怎么修正。
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这些图片是markdown复制进去的吗还是？

STMCU-管管 发表于 2023-11-14 10:38
这些图片是markdown复制进去的吗还是？

不是。不知道怎么吧本地的照片和markdown一起传上来。就先粘贴markdown数据，然后一张图片一张图片单独改。但是在改之前我尝试着把图片先全部传了一次（不是一张一张传的）。就是这次出现了结尾的图片。