痞子衡嵌入式：從功耗測試角度瞭解i.MXRTxxx系列片內SRAM分區電源控制

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是從功耗測試角度瞭解i.MXRTxxx系列片內SRAM分區電源控制。

　　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 代碼和數據，後者放 RW 數據。MCU 可以沒有片內 ROM，但是一般都會包含片內 RAM，這個片內 RAM 功耗是 MCU 整體功耗的重要組成部分。

　　恩智浦 i.MXRT 四位數系列片內 RAM 主要由 FlexRAM 和 OCRAM 組成，痞子衡寫過一篇文章 《FlexRAM模塊詳解》，裡面介紹了 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每個 Bank，其受既定的組合策略控制（跟隨系統 Low Power 模式），而 OCRAM 則直接是整體開關。就這方面設計而言，i.MXRT 三位數系列片內 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SRAM分區控制

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

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

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

　　因為 RT500/600 都是基於 ARM Cortex-M33，所以片內 SRAM 在系統地址映射里有 Secure 和 Non-Secure 兩個不同起始地址，再加上可以通過 Code 和 Data 兩個不同匯流排去訪問，所以應用里可以通過如下 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 徵用了，如果應用里需要調用 ROM API，需要釋放 SRAM2,3 使用權。SRAM0 則更特殊，它是唯一的一個軟複位後依舊能保持內容的分區（其它分區複位後預設是Power down狀態，不過上電 BootROM 執行時會將全部分區都打開）。

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

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，調節到電流測量模式，將其串到 VDDCORE 信號上，MIMXRT595-EVK (Rev.D3) 板卡特地設計了 JS25 接頭，方便測量電流。

　　板子上電，應用程式載入執行後，便可以實時觀測到運行時電流。不過電流測量有幾個註意事項：

1. 不要掛載調試器線上運行時測量電流，會導致結果偏大。
2. 應用程式里如果有涉及模塊電源開關代碼，不要使能編譯器優化等級，防止代碼優化影響結果（電源開關有順序要求）。
3. 如果是 CPU 高頻運算相關代碼，不同編譯器下會導致結果不同，因為代碼密度可能有差異。
4. 即使是單純 while (1) 執行（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致結果不同。

三、功耗測量結果

　　最後痞子衡在 MIMXRT595-EVK (Rev.D3) 板上藉助 \SDK_2_13_1_EVK-MIMXRT595\boards\evkmimxrt595\demo_apps\hello_world\iar 模板常式（debug Build，需要修改 main 函數以及相應修改鏈接文件），來測試代碼在不同 SRAM 分區下執行的電流情況：

void sram_power_cfg(void)
{
    PRINTF("CPU Frequency %d\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_CoreSysClk));
    PRINTF("Main Clock %d\n", CLOCK_GetFreq(kCLOCK_BusClk));
    // 控制 SRAM 分區電源
    SYSCTL0->PDRUNCFG2_SET = 0xFFFFFFFC;
    SYSCTL0->PDRUNCFG3_SET = 0xFFFFFFFC;
    PRINTF("PDRUNCFG 0x%x, 0x%x, 0x%x, 0x%x\n", 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)
    {
    }
}

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

　　至此，從功耗測試角度瞭解i.MXRTxxx系列片內SRAM分區電源控制痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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