STM32H5开发(2)----新特性

STM32H5 vs STM32F4

1. 性能提升
   搭载Cortex-M33内核，每兆赫1.5 DMIPS和4.09 CoreMark，为系统提供更强的计算能力。
   采用先进的40nm工艺，带来更高的系统主频和更快的flash访问速度。
   具备增强的系统架构，进一步提升整体性能。
2. 新特性，高集成，高性价比
   利用40nm工艺，内部存储器(FLASH+RAM)得到扩充，可提供更多的存储容量。
   集成更多全新特性外设，使得MCU更加功能丰富。
   由于工艺升级，面积更小，使得芯片设计更加紧凑，提高性价比。
3. 功耗优化
   利用40nm工艺优化动态功耗，使得动态功耗得到降低。
   静态功耗也得到优化，进一步节省能源消耗。
   其他功耗优化特征进一步提高功耗效率。
4. 先进的安全功能
   配备Cortex-M33内核与TrustZone技术，提供更强大的安全保障。
   提供器件生命周期管理，确保设备的安全性和稳定性。
   支持调试认证(Debug Authentication)功能，增加调试的安全性。
   其他安全功能进一步保护系统免受潜在威胁。
   综上所述，STM32H5是一款集性能、新特性、功耗优化和安全功能于一体的高性能MCU，将为开发者提供更出色的开发体验和性能表现。

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性能提升

STM32H5使用Cortex-M33内核 ，带有更高的主频和性能提升，在同等的时间内可以做更多的运算和解决更复杂的功能。

更快的FLASH

STM32H5具有更快的访问速度，在访问周期等待设置同样为0ws的情况下，F4的系统主频只能到30MHz，而H5的系统主频能到42MHz。这意味着在高频率运行时，STM32H5能够以更高的速度执行存储器读写操作，提高了系统的响应速度。
同样在5ws情况下，F4的系统主频只能到180MHz，而H5的系统主频能到250MHz。

增强的系统架构 vs. F4

STM32H5在设计中不仅保留了以往STM32系列架构的优点，还引入了I-Cache（指令缓存）和D-Cache（数据缓存）这两个重要的特性，进一步提升了系统的运行效率。

I-CACHE

I-Cache（指令缓存）：I-Cache能够缓存处理器执行的指令，将常用的指令存储在快速访问的缓存中，减少对慢速闪存的访问次数。这样，当程序需要再次执行已缓存的指令时，可以直接从缓存中读取，无需再次访问闪存，从而提高指令访问的效率，加快程序的执行速度。

D-CACHE

D-Cache（数据缓存）：D-Cache用于缓存处理器的数据操作，类似于I-Cache，它也可以将常用的数据存储在快速访问的缓存中，减少对内部RAM或外部存储器的读写次数。通过减少访问外部存储器的频率，D-Cache能够大大降低存储器访问的延迟，提高系统的数据处理效率。
DCACHE 是 4KB 数 据 缓 冲 , 通 过 S-Bus 连 接Cortex®-M33内核，提升外部存储访问性能,不能访问片上的存储单元，只可以访问片外的。
STM32H503系列无DCACHE

性能对比 H5 vs. F4

更高的动态能效

STM32H5使用先进的40nm制成工艺，并且配备了更节能的晶体管。相比于STM32F4系列，STM32H5在低工作电压下具有更高的主频能力，以及更低的内核电压，这使得STM32H5在功耗优化方面有了更大的优势。

1. 先进的40nm制程工艺：STM32H5采用40nm工艺制造，相比于较早的工艺，它具有更小的晶体管尺寸和更高的集成度。这样的制程可以显著提高芯片的性能，并降低功耗。
2. 更节能的晶体管：STM32H5所使用的晶体管设计，相比于之前的工艺代际，功耗得到了进一步优化。这意味着在相同主频下，STM32H5会消耗更少的功率，延长电池寿命，或在环保要求较高的场景中降低能耗。
3. 更高的主频：在相同工作电压下，STM32H5允许更高的主频运行。比如在1V的工作电压下，STM32H5可以运行在100MHz主频，而STM32F4在同样电压下已经无法运行。这意味着在高性能要求的应用中，STM32H5能够提供更快的运算能力。
4. 选择主频以降低功耗：除了在高主频下提供更强的性能，STM32H5还允许根据应用需求调整主频，以降低功耗。在较低的主频下运行，会减少芯片的功耗，特别适用于对功耗要求较高的应用场景。

因此，STM32H5在功耗优化、性能提升以及灵活性方面提供了一系列的改进，使得它成为许多应用场景下的理想选择，特别是在注重能效和性能的物联网、移动设备、工业控制等领域

更低静态功耗

STM32H5系列相比于STM32F4系列，在STOP模式下引入了更加灵活的供电电压选项，称为SVOS（Supply Voltage Operating Scale）模式。SVOS模式允许开发者根据具体需求选择不同的工作电压，从而实现不同的功耗和唤醒方式。
在STM32H5中，具体的SVOS模式及其特点如下：

1. SVOS3：工作电压为1V
   用于对功耗要求较高但仍需要较高性能的场景。
   可以在较高的主频下运行，提供较快的计算能力。
   唤醒时间相对较快，适合对实时性要求较高的应用。
2. SVOS4：工作电压为0.9V
   提供更低的工作电压，功耗相比SVOS3有所降低。
   主频可能稍有降低，但仍能提供合理的计算性能。
   唤醒时间略有增加，但功耗比SVOS3更低。
3. SVOS5：工作电压为0.74V
   最低功耗选项，非常适合对功耗要求极高的应用场景。
   主频会进一步降低，计算性能相应减弱。
   唤醒时间可能较长，适用于对实时性要求不高的周期性唤醒应用。

通过灵活地选择SVOS模式，开发者可以根据不同的应用场景平衡性能和功耗的关系。对于对功耗敏感的电池供电设备或需要长时间运行的应用，可以选择更低的SVOS模式来最大程度地延长电池寿命。而对于实时性要求高的任务，可以选择较高的SVOS模式来获得更高的性能。
需要注意的是，不同的SVOS模式可能会影响唤醒时间和功耗，开发者在选择适合的模式时需要综合考虑设备的实际需求和应用场景。

下图为不同工作模式下的功耗图。

功耗优化特性

• Run/Sleep 模式

• 所有外设时钟关闭情况下时钟门控（Bus clock gating）
• 低压高性能 I/Os （HSLV）

• Stop 模式

• 全部或是部分SRAM关闭 (down to 16KB for SRAM2)
• 内部低功耗时钟CSI可在STOP模式保持运行，可实现快速唤醒且对功耗影响小（避免CSI启动造成的消耗）

• Standby 模式下I/O输出状态保持

• 不需要再为了保持输出而只能工作在STOP模式

功耗优化窍门 – Sleep模式

• 双时钟域降低动态功耗
• 门控未使用总线时钟 (Clock gating of unused buses, ~5.5% gain)
• 在Run模式下照样适用

功耗优化窍门 – Stop模式

• 不同措施以最小化功耗：

• 设置所有GPIO为模拟模式
• 关闭所有存储器
• Flash进入掉电模式
• Stop模式下设置为电压等级SVOS3/4/5所有外设时钟关闭情况下时钟门控（Bus clock gating）
  

审核编辑：汤梓红