竟有如此精细化片内SRAM电源控制的MCU？

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是从功耗测试角度了解i.MXRTxxx系列片内SRAM分区电源控制。

我们知道配合 MCU 一起工作的存储器包含 ROM(Flash) 和 RAM 两类，前者主要放 RO 代码和数据，后者放 RW 数据。MCU 可以没有片内 ROM，但是一般都会包含片内 RAM，这个片内 RAM 功耗是 MCU 整体功耗的重要组成部分。

恩智浦 i.MXRT 四位数系列片内 RAM 主要由 FlexRAM 和 OCRAM 组成，痞子衡写过一篇文章 《FlexRAM模块详解》，里面介绍了 FlexRAM 的电源控制策略。虽然 FlexRAM 也是由多个 Bank 组成，但是其无法做到任意开关每个 Bank，其受既定的组合策略控制（跟随系统 Low Power 模式），而 OCRAM 则直接是整体开关。就这方面设计而言，i.MXRT 三位数系列片内 SRAM 电源控制则灵活得多，今天痞子衡就重点聊聊这个话题：

一、片内SRAM分区控制

恩智浦 i.MXRT 三位数系列目前主要是 RT500 和 RT600 两大型号，前者包含 5MB 片内 SRAM，后者包含 4.5MB 片内 SRAM。因为片内 RAM 够大，所以为其设计的电源控制策略就更精细。

下图是 RT500 上 AXI-to-RAM 架构图，从图里我们知道 5MB SRAM 一共被分成了 32 块（注意不是等分，有 32KB/64KB/128KB/256KB 四种不同大小）。

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

因为 RT500/600 都是基于 ARM Cortex-M33，所以片内 SRAM 在系统地址映射里有 Secure 和 Non-Secure 两个不同起始地址，再加上可以通过 Code 和 Data 两个不同总线去访问，所以应用里可以通过如下 4 个不同起始地址来访问到这同一块物理 SRAM。

这些 SRAM 分区除了大小不同之外，有一些还被赋予了特殊用途。比如 SRAM2,3 被 ROM API 征用了，如果应用里需要调用 ROM API，需要释放 SRAM2,3 使用权。SRAM0 则更特殊，它是唯一的一个软复位后依旧能保持内容的分区（其它分区复位后默认是Power down状态，不过上电 BootROM 执行时会将全部分区都打开）。

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

全部 SRAM 分区的电源开关在 SYSCTL0->PDRUNCFG2,3寄存器中，其中 PDRUNCFG2 控制的是 SRAM 各分区存储介质的电，PDRUNCFG3 控制的是 SRAM 各分区外围支持电路（线性驱动器、感测放大器）的电。如果我们想在保持 SRAM 中内容的情况下省电，可以仅操作 PDRUNCFG3 去关闭外围。

二、功耗测量方法

功耗测量最简单的办法就是找一个万用表，调节到电流测量模式，将其串到 VDDCORE 信号上，MIMXRT595-EVK (Rev.D3) 板卡特地设计了 JS25 接头，方便测量电流。

板子上电，应用程序加载执行后，便可以实时观测到运行时电流。不过电流测量有几个注意事项：

1. 不要挂载调试器在线运行时测量电流，会导致结果偏大。
2. 应用程序里如果有涉及模块电源开关代码，不要使能编译器优化等级，防止代码优化影响结果（电源开关有顺序要求）。
3. 如果是 CPU 高频运算相关代码，不同编译器下会导致结果不同，因为代码密度可能有差异。
4. 即使是单纯 while (1) 执行（可以在前面按需要加多个 NOP() 改变 while(1) 指令地址），指令地址不同也可能导致结果不同。

三、功耗测量结果

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 函数以及相应修改链接文件），来测试代码在不同 SRAM 分区下执行的电流情况：

void sram_power_cfg(void)
{
    PRINTF("CPU Frequency %dn", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_CoreSysClk));
    PRINTF("Main Clock %dn", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_BusClk));
    // 控制 SRAM 分区电源
    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();
    // 增减 nop 指令数量来控制 while(1) 指令地址
    asm("nop");
    //asm("nop");
    //asm("nop");
    //asm("nop");
    while (1)
    {
    }
}

最终测试结果如下，不同大小的 SRAM 分区功耗是有差异的，并且即使 SRAM 分区大小相同，功耗也可能有差异。此外 while(1) 指令地址不同导致的运行功耗差异也不小：

至此，从功耗测试角度了解i.MXRTxxx系列片内SRAM分区电源控制痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~