竟有如此精細(xì)化片內(nèi)SRAM電源控制的MCU？

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是從功耗測試角度了解i.MXRTxxx系列片內(nèi)SRAM分區(qū)電源控制。

我們知道配合 MCU 一起工作的存儲器包含 ROM(Flash) 和 RAM 兩類，前者主要放 RO 代碼和數(shù)據(jù)，后者放 RW 數(shù)據(jù)。MCU 可以沒有片內(nèi) ROM，但是一般都會包含片內(nèi) RAM，這個片內(nèi) RAM 功耗是 MCU 整體功耗的重要組成部分。

恩智浦 i.MXRT 四位數(shù)系列片內(nèi) RAM 主要由 FlexRAM 和 OCRAM 組成，痞子衡寫過一篇文章 《FlexRAM模塊詳解》，里面介紹了 FlexRAM 的電源控制策略。雖然 FlexRAM 也是由多個 Bank 組成，但是其無法做到任意開關(guān)每個 Bank，其受既定的組合策略控制（跟隨系統(tǒng) Low Power 模式），而 OCRAM 則直接是整體開關(guān)。就這方面設(shè)計而言，i.MXRT 三位數(shù)系列片內(nèi) SRAM 電源控制則靈活得多，今天痞子衡就重點聊聊這個話題：

一、片內(nèi)SRAM分區(qū)控制

恩智浦 i.MXRT 三位數(shù)系列目前主要是 RT500 和 RT600 兩大型號，前者包含 5MB 片內(nèi) SRAM，后者包含 4.5MB 片內(nèi) SRAM。因為片內(nèi) RAM 夠大，所以為其設(shè)計的電源控制策略就更精細(xì)。

下圖是 RT500 上 AXI-to-RAM 架構(gòu)圖，從圖里我們知道 5MB SRAM 一共被分成了 32 塊（注意不是等分，有 32KB/64KB/128KB/256KB 四種不同大小）。

- RT500 一共 32 個 SRAM 分區(qū)（SRAM0-31）：
- RT600 一共 30 個 SRAM 分區(qū)（SRAM0-29）：
- 不同大小的 SRAM 分區(qū)：
  SRAM0-7   ：32KB
  SRAM8-11  ：64KB
  SRAM12-15 ：128KB
  SRAM16-31 ：256KB

因為 RT500/600 都是基于 ARM Cortex-M33，所以片內(nèi) SRAM 在系統(tǒng)地址映射里有 Secure 和 Non-Secure 兩個不同起始地址，再加上可以通過 Code 和 Data 兩個不同總線去訪問，所以應(yīng)用里可以通過如下 4 個不同起始地址來訪問到這同一塊物理 SRAM。

這些 SRAM 分區(qū)除了大小不同之外，有一些還被賦予了特殊用途。比如 SRAM2,3 被 ROM API 征用了，如果應(yīng)用里需要調(diào)用 ROM API，需要釋放 SRAM2,3 使用權(quán)。SRAM0 則更特殊，它是唯一的一個軟復(fù)位后依舊能保持內(nèi)容的分區(qū)（其它分區(qū)復(fù)位后默認(rèn)是Power down狀態(tài)，不過上電 BootROM 執(zhí)行時會將全部分區(qū)都打開）。

-（適用RT500/600）The SRAM2,3   region [0x10000-0x1BFFF] is reserved for ROM code. 
-（適用RT500/600）The SRAM0,3   region [0x0-0xFFFF], [0x1C000-0x1FFFF] are reserved for app-specific use cases. 
-（適用RT500/600）The SRAM4-11  region [0x20000-0x7FFFF] is reserved for Non-cached shared memory between M33 and DSP. 
-（適用RT500）    The SRAM12-21 region [0x80000-0x27FFFF] is reserved for DSP code and data.

全部 SRAM 分區(qū)的電源開關(guān)在 SYSCTL0->PDRUNCFG2,3寄存器中，其中 PDRUNCFG2 控制的是 SRAM 各分區(qū)存儲介質(zhì)的電，PDRUNCFG3 控制的是 SRAM 各分區(qū)外圍支持電路（線性驅(qū)動器、感測放大器）的電。如果我們想在保持 SRAM 中內(nèi)容的情況下省電，可以僅操作 PDRUNCFG3 去關(guān)閉外圍。

二、功耗測量方法

功耗測量最簡單的辦法就是找一個萬用表，調(diào)節(jié)到電流測量模式，將其串到 VDDCORE 信號上，MIMXRT595-EVK (Rev.D3) 板卡特地設(shè)計了 JS25 接頭，方便測量電流。

板子上電，應(yīng)用程序加載執(zhí)行后，便可以實時觀測到運行時電流。不過電流測量有幾個注意事項：

1. 不要掛載調(diào)試器在線運行時測量電流，會導(dǎo)致結(jié)果偏大。
2. 應(yīng)用程序里如果有涉及模塊電源開關(guān)代碼，不要使能編譯器優(yōu)化等級，防止代碼優(yōu)化影響結(jié)果（電源開關(guān)有順序要求）。
3. 如果是 CPU 高頻運算相關(guān)代碼，不同編譯器下會導(dǎo)致結(jié)果不同，因為代碼密度可能有差異。
4. 即使是單純 while (1) 執(zhí)行（可以在前面按需要加多個 NOP() 改變 while(1) 指令地址），指令地址不同也可能導(dǎo)致結(jié)果不同。

三、功耗測量結(jié)果

最后痞子衡在 MIMXRT595-EVK (Rev.D3) 板上借助 SDK_2_13_1_EVK-MIMXRT595boardsevkmimxrt595demo_appshello_worldiar 模板例程（debug Build，需要修改 main 函數(shù)以及相應(yīng)修改鏈接文件），來測試代碼在不同 SRAM 分區(qū)下執(zhí)行的電流情況：

void?sram_power_cfg(void)
{
????PRINTF("CPU?Frequency?%dn",?CLOCK_GetFreq(kCLOCK_CoreSysClk));
????PRINTF("Main?Clock?%dn",?CLOCK_GetFreq(kCLOCK_BusClk));
????//?控制?SRAM?分區(qū)電源
????SYSCTL0->PDRUNCFG2_SET?=?0xFFFFFFFC;
????SYSCTL0->PDRUNCFG3_SET?=?0xFFFFFFFC;
????PRINTF("PDRUNCFG?0x%x,?0x%x,?0x%x,?0x%xn",?SYSCTL0->PDRUNCFG0,?SYSCTL0->PDRUNCFG1,?SYSCTL0->PDRUNCFG2,?SYSCTL0->PDRUNCFG3);
}

int?main(void)
{
????BOARD_InitPins();
????BOARD_BootClockRUN();
????BOARD_InitDebugConsole();
????sram_power_cfg();
????//?增減?nop?指令數(shù)量來控制?while(1)?指令地址
????asm("nop");
????//asm("nop");
????//asm("nop");
????//asm("nop");
????while?(1)
????{
????}
}

最終測試結(jié)果如下，不同大小的 SRAM 分區(qū)功耗是有差異的，并且即使 SRAM 分區(qū)大小相同，功耗也可能有差異。此外 while(1) 指令地址不同導(dǎo)致的運行功耗差異也不小：

至此，從功耗測試角度了解i.MXRTxxx系列片內(nèi)SRAM分區(qū)電源控制痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~