超低功耗王者归来—NUCLEO-L073RZ评测

作者: netlhx
上传时间为: 2016-03-07 09:01 AM
2016-03-07
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超低功耗王者归来—NUCLEO-L073RZ评测

2016年,ST似乎攒足了劲,准备大干一场。

官方主页对STM32 Open Development Environment进行了推介,也就是所谓的STM32 ODE。STM32 ODE是一个易用、灵活、可负担的整体平台,基于STM32 MCU家族系列产品,结合最新的ST官方扩展板,可用于快速搭建产品原型并迅速转换为产品。另一方面,ST对超低功耗产品L0系列进行了重点介绍,STM32 L0系列经精心设计,在低功耗方面达到了一个新的水准。

NUCLEO-L073RZ是官方推出的最新的基于CORTEX-M0+的评估板。


一、开箱

NUCLEO-L073RZ是NUCLEO 64中的最新产品。ST对NUCLEO产品重新划分了系列,新的NUCLEO系列包含了NUCLEO32、NUCLEO64及NUCLEO144。

NUCLEO32小巧玲珑,使用32PIN MCU作为主控。

NUCLEO 144就是个庞然大物,性能强劲,尺寸有点吓人。

NUCLEO64就是原来的NUCLEO板,在性能和尺寸方面算是一个平衡吧。



后面是ST官方的小笔记本



开发板包装正、反面图,包装盒使用一体成型塑封

UNO、MORPHO接口



USB供电、ST-LINK/V2-1

总体而言,NUCLEO64沿袭以前的NUCLEO包装,没有大的改动。

最后来张MCU特写

二、认识NUCLEO-L073RZ

NUCLEO-L073RZ基于NUCLEO 64公版PCB设计,可以方便的更换ST的其它64PIN MCU。

主要特性

l LQFP64 STM32-L073RZT6 MCU

l 两种类型扩展接口:ARDUINO UNO扩展接口;STM32 MORPHO扩展接口

l 支持MBED开发

l 板载ST-LINK/V2-1调试/编程器

l 灵活的供电方式选择

l 板载3个LED灯,LD1、LD3指示工作状态,LD2为用户可编程LED灯

l 两个按钮,复位及用户可编程按钮

l USB重枚举能力,支持VCP,MSD,DEBUG功能

l 大量IDE开发环境支持


分离式PCB设计

NUCLEO开发板使用分离式PCB设计,整个开发板由两部分组成:ST-LINK/V2-1及核心板。二者出厂时是一个整体,ST-LINK/V2-1可以用来给整个开发板供电,同时兼有调试/下载功能及UART通信功能。如果需要,完全可以将ST-LINK/V2-1和核心板分离。不过这样的话,就需要对核心板另行供电。当然分离后的ST-LINK/V2-1也可以作为一个独立的调试/编程器使用。

这种设计非常方便。


功能框图

NUCLEO 64整体功能框图,从上面也可以看出分离式PCB设计的影子。

板载部件标注图


扩展接口

NUCLEO开发板上提供两种类型的接口:ARDUINO UNO接口及ST MORPHO接口。

鉴于ARDUINO起步较早,市面上专门为ARDUINO设计的各种外设及扩展板非常丰富,为了更好的与这些现有的设备兼容,NUCLEO板很贴心的提供了ARDUINO兼容接口。图中标注为紫色的接口就是ARDUINO兼容接口。如果你是一个ARDUINO的爱好者,手头一定有不少的ARDUINO模块,在体验NUCLEO开发板时,可以实现无缝迁移。

另外一种接口称之为MORPHO接口,NUCLEO将MCU的所有可用PIN均引出,以排针或排母的形式引出,供用户自定义连接外设之用。

ST-LINK/V2-1

ST-LINK/V2-1也算是NUCLEO开发板的一大特色了。早前的DISCO板一般只支持ST-LINK/V2,不过新版的NUCLEO及DISCO板都使用的ST-LINK/V2-1接口。和ST-LINK/V2相比较,ST-LINK/V2-1的新特性如下:

l 支持USB软件重新枚举功能

l 支持VCP功能

l MSD设备支持

l 能提供大于100MA以上的大电流请求

不过ST-LINK/V2-1也有一些局限,一是没有引出SWIM接口,其次ST-LINK/V2-1要求最低工作电流为3V。

ST-LINK/V2-1可以直接用来调试/下载代码,作为NUCLEO的一部分,无需三方调试器。前面也提到过,ST-LINK/V2-1完全可以分离出来,作为一个独立的调试/下载器。

三、低功耗

作为STM32最新的低功耗产品,NUCLEO-L073RZ可谓集万千宠爱与一身!ST最新的技术,特别是超低功耗方面的技术,在这块板子上都能找到影子。

MSI时钟

MSI是Multispeed internal RC oscillator的缩写,它能提供7种不同的时钟,其范围如下:65.536 kHz, 131.072kHz, 262.144 kHz, 524.288 kHz, 1.048 MHz, 2.097 MHz (default value) and 4.194 MHz。MSI可以直接选择为系统主系统时钟,也可以作为PLL源,经倍频后选择作为系统的主系统时钟。这样,系统的工作时钟选择范围更广,从而为低功耗提供更多的选择。

低功耗模式

l 低功耗运行模式运行模式也能低功耗,在这种模式下,电压调节器可配置为低功耗模式,不过要求系统主频不能超过MSI的RANG1值。

l 低功耗睡眠模式该模式只能从低功耗运行模式进入,进入低功耗睡眠模式后,可以通过事件或中断唤醒,唤醒后继续进入低功耗运行模式。

l 睡眠模式 CPU停止运行,外设正常工作,可以通过事件或中断唤醒CPU

l 停机模式在停机模式下,所有的内核域时钟都被停止,SRAM及寄存器内容被保留。

l 待机模式该模式直接关断内核电源,这样,整个内核实际处理断电状态。SRAM及寄存器内容会丢失。


实测

测试使用万用表,将VC86E串联到电路中,读取不同模式下的电流值。



测试用万用表


SLEEP模式


SLEEP模式前后电流值比较


STOP模式


STOP模式下前后电流值比较,官方给出的参考值为0.43UA,可以看到测量值与官方宣称值非常接近


STANDBY模式(WITH RTC)


STANDBY模式前后值比较,官方给出的参考值为0.86UA,有一定的差距,不过在可接受的范围之内。

通过上面几组实测到的值,可以看到NUCLEO-L073RZ的低功耗确实表现非常突出。测量值与官方给出的参考值基本非常接近。


四、结论

STM32 L0系列产品基于CORTEX-M0+内核,CORTEX-M0+是CORTEX-M0的升级版,ST为之注入了很多新的技术,如将三级流水线更改为二级流水线;进一步减少门电路数量,MSI的灵活配置等等。这些都为CORTEX-M0+的低功耗打下的坚实的基础,使得CORTEX-M0+在低功耗尤其是超低功耗方面表现尤为突出,是真正的超低功耗王者!

然而ST并未止步如此,NUCLEO-L073RZ中还有其它值得我们关注的地方,比如LPTIM、LPUART等外设的引入,为低功耗注入了新的元素。这些低功耗外设与内核协同工作,使得NUCLEO-L073RZ更是如虎添翼。

低功耗王者归来,实至名归!


五、参考资源

1 ST官网:http://www.st.com/web/en/home.html

2 ST社区支持:http://www.stmcu.org/module/forum/forum.php

3 NUCLEO-L073RZ官方页面:http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/CL1620/SC959/SS1532/LN1847/PF261637?s_searchtype=partnumber

4 STM32CUBE L0官方页面:http://www.st.com/web/catalog/to ... archtype=partnumber

5 MBED官方页面:https://developer.mbed.org/compiler/

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