STM32L4R5 Nucleo低功耗例程测试验证
本帖最后由 ahuaahua 于 2018-3-1 18:38 编辑有幸在年初的答题中，获得Nucleo STM32L4R5ZI板一块。正所谓吃别人的嘴软，免费拿人家的……必须要发个评测弘扬一下ST大法好～～～但是板子寄到手时已接近春节，年后回来放浪至今才有时间拿出来玩，不知道还能不能参加评测奖励？
L4 Plus主打图形、低功耗，以及高主频、大Flash、和帅气的Ram，还有加密等等一系列特性（具体见手册），由于时间关系，本次先对最重要的低功耗特性进行验证。
1、原理验证 根据Nucleo 144的原理图，MCU主要由两个地方提供电源：VDD和VDD_MCU。其中，VDD提供给IO、模拟、USB等部分。VDD_MCU则提供给VBAT，并通过SB167选择提供给模拟部分。详见下图：1.1VDD来源：经过JP6选择电源后，由U6降压为3.3V，经VDD提供给MCU。VDD前的JP5（IDD），即为板子提供的电流测试点。详见下图：1.2VDD_MCU来源： 由下图可知，VDD_MCU由VDD产生，产生的方式根据Nucleo板子是否带有SMPS功能（就是外部的开关电源）决定。本次到手的板子，是不带这个功能的，保持原样即可。如果有同学收到带“-P”版本的板子，需要注意这个问题，必要时修改对应的连接。
1.3由以上原理分析可知： 只要在JP5跳线帽上测试电流，就可以大概知道MCU的功耗情况。为什么要说大概？因为还有一个器件也使用VDD_MCU，它就是U14： 追求极致的同学们可以详细查SN74LVC2T45的资料，在此我就不累赘了。
2测试方法
2.1必须再歌颂一次ST大法好在STM32CubeL4库里，已经有对应的低功耗Example例程，直接编译下载到板子上即可测试。 在用户的目录下，STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_L4_V1.11.0\Projects\NUCLEO-L4R5ZI\Examples\PWR\PWR_ModesSelection里，可以找到一个关于这个工程的readme.txt的文件：- PWR/PWR_ModesSelection/Inc/stm32l4xx_conf.h HAL Configuration file
- PWR/PWR_ModesSelection/Inc/stm32l4xx_it.h Header for stm32l4xx_it.c
- PWR/PWR_ModesSelection/Inc/main.h Header file for main.c
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/system_stm32l4xx.c STM32L4xx system clock configuration file
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stm32l4xx_it.c Interrupt handlers
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/main.c Main program
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/lprun_test.c Low Power RUN mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/lpsleep_test.c Low Power SLEEP mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/run_range1_test.c RUN mode in range 1 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/run_range2_test.c RUN mode in range 2 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/shutdown_test.c SHUTDOWN mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/sleep_range1_test.c SLEEP mode in range 1 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/sleep_range2_test.c SLEEP mode in range 2 test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/standby_rtc_sram2_test.c STANDBY mode with RTC and SRAM2 preserved test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/standby_rtc_test.c STANDBY mode with RTC test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/standby_test.c STANDBY mode test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop1_mroff_rtc_test.c STOP1 mode with RTC but Regulator OFF test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop1_mroff_test.c STOP1 mode with Regulator OFFtest
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop2_rtc_test.c STOP2 mode with RTC test
- PWR/PWR_ModesSelection/Src/stop2_test.c STOP2 mode test
2.2简单抽其中几个，看看这些模式究竟做了什么：void test_lprun_2mhz(void)
{
printf("\n\r Executing test (LPRUN 2MHz - with FLASH ART ON) \n\r");
printf(" Please measure current then use Reset button to select another test \n\r");
/* Set all GPIO in analog state to reduce power consumption */
GPIO_AnalogState_Config();
/* Set the System clock to 2 MHz (MSI) */
SystemClock_2MHz();
/* Suspend Tick increment to prevent wakeup by Systick interrupt. */
/* Otherwise the Systick interrupt will wake up the device within 1ms */
/* (HAL time base). */
HAL_SuspendTick();
#ifdef USE_STM32L4XX_NUCLEO
/* Disable USART2 clock */
__HAL_RCC_USART2_CLK_DISABLE();
#elif USE_STM32L4XX_NUCLEO_144
/* Disable LPUART1 clock */
__HAL_RCC_LPUART1_CLK_DISABLE();
#endif
/* Enable Power Clock */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
/* Enter LP RUN mode */
HAL_PWREx_EnableLowPowerRunMode();
/* Disable Power Clock */
__HAL_RCC_PWR_CLK_DISABLE();
while1Aligned64();
}
很简单的几步：1、把IO口都设为模拟；2、更改时钟；3、停掉Systick和串口；4、打开电源时钟；5、使能一下LP RUN；6、关闭电源时钟；7、死循环。
void test_run_range1_80mhz(void)
{
printf("\n\r Executing test (RUN Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON) \n\r");
printf(" Please measure current then use Reset button to select another test \n\r");
/* Set all GPIO in analog state to reduce power consumption */
GPIO_AnalogState_Config();
#ifdef USE_STM32L4XX_NUCLEO
/* Disable USART2 clock */
__HAL_RCC_USART2_CLK_DISABLE();
#elif USE_STM32L4XX_NUCLEO_144
/* Disable LPUART1 clock */
__HAL_RCC_LPUART1_CLK_DISABLE();
#endif
/* Set System clock to 80 MHz (MSI) */
SystemClock_80MHz();
/* Suspend Tick increment to prevent wakeup by Systick interrupt. */
/* Otherwise the Systick interrupt will wake up the device within 1ms */
/* (HAL time base). */
HAL_SuspendTick();
while1Aligned64();
}
更为简单的几步：1、把IO口都设为模拟；2、关掉串口；3、更改时钟；4、停掉Systick；5、死循环。
void test_stop2(void)
{
printf("\n\r Executing test (STOP2) \n\r");
printf(" Please measure current then use Reset button to select another test \n\r");
/* Set all GPIO in analog state to reduce power consumption */
GPIO_AnalogState_Config();
/* Enable Power Clock */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
/* Enter STOP 2 mode */
HAL_PWREx_EnterSTOP2Mode(PWR_STOPENTRY_WFI);
}还可以更简单的几步：1、把IO口都设为模拟；2、关掉电源时钟；3，发一个WFI指令。
2.4 这里需要补充啰嗦几句：2.4.1、把IO设为模拟，这只是在测试中，排除外部干扰，使测试数据“单纯”一些的使用方法。实际产品一般不会这么用，因为这样会降低产品的抗干扰能力，比如EMI。2.4.2、这里的测试，都没有使用外部HSE时钟，全部使用MSI（RC振荡产生）。在实际产品中，不使用外部晶振的情况比较少，而外部晶振所需要的电流，对测试的影响还是较大的。2.4.3、由于Nucleo板的设置，VBAT是直连VDD_MCU和VDD的，所以测试并不能完全反映MCU在VDD断开，且VBAT在电池供电下的情况。
3、测试 既然方法都知道了，撸起袖子动手干吧。由于财力有限（求土豪赞助，求高大上的老板收留），拿出手的只有一个比对过、精度相对较好的4位半万用表，结果如下：
No.Desc.Curr. (mA)
0SHUTDOWN0.0000-0.0001
1STANDBY0.0001-0.0002
2STANDBY+ RTC0.0007
3STANDBY+ RTC + SRAM20.0012
4STOP20.0027
5STOP2 + RTC0.0033
6STOP1 + MR OFF0.0727
7STOP1 + MR OFF + RTC0.0731
8LPSLEEP2MHz - FLASH OFF0.171
9LPRUN 2MHz - with FLASH ART ON0.517
10SLEEPRange 2, 24MHz - with FLASH ART ON0.852
11SLEEPRange 1, 80MHz - with FLASH ART ON2.803
12RUN Range 2, 24MHz - with FLASH ART ON2.920
13RUN Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON11.249
3.1测试结果的看法：3.1.1、在STANDBY状态中，反正都停下来了，能不用SRAM就别用，功耗增加近1倍，尽量用备份域保存数据。3.1.2、STOP1和STOP2的功耗区别是明显的。3.1.3、如果要RUN，且没什么性能要求，LP RUN是很好的选择。但是要注意外设的处理。3.1.4、仪表所限，电流较低的几个测试已接近仪表的极限和误差，仅作参考。
3.2题不是白答的，板子不是白拿的，测试不是白做的。清楚记得，L4R5是可以跑120MHz的，这个测试只是跑到了80MHz（也就是前任L4的速度，不知是故意为之，还是忘了修改），还没显示出这个测试中MCU，最高主频的状态。
重要的事情要说第三遍了：ST大法真的好！修改时钟这种事，小手一抖，简单得不得了！
3.2.1打开最新的CubeMX，选择NucleoL4R5ZI板子，Do NOT初始化默认外设设置（因为会打开很多功能），直接进去，看时钟配置：3.2.2选择时钟源为MSI，PLLCLK，在HCLK输入120，然后就自动算出PLLM1的N为60，R为2。然后生成代码。
3.2.3 为了偷懒，直接修改测试13。对比一下生成的代码以及测试13的代码：
CubeMX生成的代码：RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_MSI;
RCC_OscInitStruct.MSIState = RCC_MSI_ON;
RCC_OscInitStruct.MSICalibrationValue = 0;
RCC_OscInitStruct.MSIClockRange = RCC_MSIRANGE_6;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_MSI;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 60;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
测试13的代码：RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_MSI;
RCC_OscInitStruct.MSIState = RCC_MSI_ON;
RCC_OscInitStruct.MSIClockRange = RCC_MSIRANGE_6;
RCC_OscInitStruct.MSICalibrationValue = RCC_MSICALIBRATION_DEFAULT; //这个宏的值是0
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_MSI;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 40;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = 2;
由此可见，直接把测试13的RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN，改成60即可。
修改代码后，再跑一次测试，结果是：
No.Desc.Curr. (mA)
14RUN Range 1, 120MHz - with FLASH ART ON16.61
好了，测试到此就结束了。按照测试的结果计算，3.3V的电源下，MCU在全速的时候功率约为55mW，还是相当不错滴。
最后，尽管是ST大法好，还是要吐槽一下：CubeMX的功率估算，L4R5的数据还没更新（只能到80MHz）。作为当前主推的产品，请注意细节～
感谢观看，请丢给我小红花。
不错的文章，学习下 :o:o，已汇总到
https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-614299-1-1.html
接下来也会汇总到3月的技术原创中~ 使用内部MSI測試功耗，参考意义不大，因为实际项目会使用外部晶振，外部晶振开启会增加0.4ma功耗
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