超低功耗王者归来—NUCLEO-L073RZ评测

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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：https://www.st.com/web/en/home.html
2 ST社区支持：https://www.stmcu.org/module/forum/forum.php
3 NUCLEO-L073RZ官方页面：https://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/CL1620/SC959/SS1532/LN1847/PF261637?s_searchtype=partnumber
4 STM32CUBE L0官方页面：https://www.st.com/web/catalog/to ... archtype=partnumber
5 MBED官方页面：https://developer.mbed.org/compiler/