STM32低功耗分析

只看该作者 · 2023-9-17 22:29

1.ARM发布最新内核
2023 年5 月 29 日，Arm 公司今天发布了处理器核心：Cortex-X4、Cortex-A720 和Cortex-A520。这些核心都是基于 Arm v9.2 架构，只支持 64 位指令集，不再兼容 32 位应用。Arm 公司表示，这些核心在性能和效率方面都有显著的提升，同时也加强了安全性和可扩展性。
Cortex-X4 是 Arm 公司的旗舰核心，该核心比去年的 Cortex-X3 核心性能平均提高了 15%，同时在相同频率下降低了 40% 的功耗！
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ARM 公司内核为核心的处理凭借其高性能，低功耗的优点，被广泛应用到了各个领域，尤其是移动设备领域，如手机、平板、智能手表、POS机等。

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2.低功耗应用
随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，计算机系统应用领域越来越广泛。在一些特定场景下，低功耗计算机的应用显得尤为重要。如在智能手机、医疗设备和工业控制等领域。由于这些领域对设备的大小、重量和/或持久性有很高的要求，所以低功耗技术在这几个领域有着广泛的应用。

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计算机低功耗应用主要有以下几种：
物联网设备：物联网设备需要长时间运行，因此需要使用低功耗计算机，以确保设备在运行过程中不会快速耗尽电力。

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嵌入式系统：嵌入式系统是一种小型计算机系统，用于控制或监测特定设备或系统。这些系统需要长时间运行，因此需要使用低功耗计算机，以确保系统不会因电力耗尽而失效。

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移动设备：移动设备如智能手机、平板电脑等需要长时间使用，因此需要使用低功耗计算机，以确保设备不会过热或快速耗尽电力。

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云数据中心：云数据中心需要大量的计算机资源来支持大量的用户和应用程序。这些计算机需要长时间运行，因此需要使用低功耗计算机，以确保电力消耗得到有效控制

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总而言之，低功耗计算机的应用越来越广泛，这些计算机采用了一系列创新技术来最大程度地降低功耗，同时还能够保证高性能的运行。这些技术的应用不仅有利于节能减排，还可以提高设备的性能和可靠性，推动计算机技术的不断发展。

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3.如何降低功耗
处理器如何实现低功耗？关于这个问题，先不作答，先举一个生活中的例子来从侧面说明问题。

假设一个人住在房子里面（这个房子有1个主卧，3个次卧，1个客厅，1个厨房），假设房子里面的每个房间的灯都开着，请问如何做可以节省电？

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答案很简单，可以把没人住的3个次卧房间的灯关掉，这样耗电量就降低了。

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如果还**继续省电，应该怎么做呢？是不是可以客厅和厨房的灯关掉，然后一个人睡到主卧？这样是不是耗电量有减少了？

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如果还**继续省电，应该怎么做呢？是不是可以把主卧的灯也关掉？这样就不耗电了？

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所以在生活中想要省电，只需要把用不用的或者不重要的用电器关掉即可。

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4.处理器低功耗原理
在生活中通过关掉用电器可以实现省电节能的目的，同样的道理处理器也可以通过这种方法实现降低功耗。一个处理器是由许多部件组成，一些组件的电源系统是独立的，可以通过关闭处理器内部的组件的电压，可以实现降低功耗。

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我们以STM32F1系列处理器为例，STM32的工作电压(VDD)为2.0～3.6V。通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电源，当主电源VDD掉电后，通过VBAT脚为实时时钟(RTC)和备份寄存器提供电源，电源框图如下：

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根据STM32电源框图不难发现，STM32 的电源系统可以分为3个部分：

1、VDDA供电区域。
2、VDD供电区域，该区域包含一个重要的1.8V供电区域。
3、后备供电区域。

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4.1.VDDA供电区域

STM32处理器的 ADC电路模块配有独立的电源，这个电源就是VDDA电源，这种电路设计方便单独对ADC的电源滤波。VDDA供电区域使用 VDDA引脚输入，使用 VSSA作为独立的地连接，VREF引脚则为 ADC 提供测量使用的参考电压。

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4.2.VDD供电区域

VDD供电域是 STM32处理器的电源系统中最主要的部分，其中调压器供电的电路是VDD供电域的核心。调压器为备份域及待机电路以外的所有数字申路供电，其中包括内核、数字外设（USART、TIMER、GPIO等）、 RAM以及FLASH。

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调压器的输出电压约为1.8V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为 1.8V 域。调压器可以运行在运行模式、停止模式以及待机模式。

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在运行模式下，1.8V 域全功率运行。

在停止模式下 1.8V 域运行在低功状态，1.8V
区域的所有时钟都被关闭，相应的外设都停止了工作，但它会保留内核寄存器以及SRAM的内容。

在待机模式下，整个 1.8V域都断电，该区域的内核寄存器及SRAM内容都会丢失。

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4.3.后备供电区域

后备供电区域包括RTC、RTC BDCR寄存器、LSE振荡器和后备寄存器，后备供电区域由VBAT脚供电，使用电池或其他电源连接到VBAT脚上，当VDD断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持RTC的功能。