本帖最后由 lkl0305 于 2015-9-27 15:14 编辑
STM32L476 Nuleo测评
首先感谢EEWORLD的 eric_wang版主给我这次尝鲜的机会。
以前玩过的开发板挺多的，STM32的也有几个了，从Discovery到Nuleo。但都是F系列的，低功耗的L系列的这还是首次，所以花了不少时间了解。
当然，正式在这里写测评还是第一次，所以有不妥的地方还望网友们多提宝贵意见。
测评测评，既要有测，同时还要有评。我的测评内容大致包含一下几个部分：
1、Nuleo生态系统
2、初识STM32L476 Nuleo
3、STM32L476资源简介
4、STM32L476 Nuleo板资源简介
5、开发环境搭建
6、第一个程序
7、功耗测试
8、结语
9、参考
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一、Nuleo生态系统
意法半导体推出的Nucleo系列开发板结构简单自由、灵活可扩展，STM32 Nucleo系列均采用64Pin的芯片作为主控处理器。目前推出了多个系列的开发板包括：
NUCLEO-F030R8
NUCLEO-F070RB
NUCLEO-F072RB
NUCLEO-F091RC
NUCLEO-F103RB
NUCLEO-F302R8
NUCLEO-F303RE
NUCLEO-F334R8
NUCLEO-F401RE
NUCLEO-F410RB
NUCLEO-F411RE
NUCLEO-F446RE
NUCLEO-L053R8
NUCLEO-L073RZ
NUCLEO-L152RE
NUCLEO-L476RG
Nucleo系列不仅仅再是提供一个简单开发板，通过ARM生态圈的庞大资源以及Arduino接口的支持，Nucleo的开发更为简单，同时具有 mbed 功能，除此还提供ST Morpho 扩展排针，可连接微控制器的所有周边外设。
意法半导体推出的Nucleo开发板基本上定价都在10美元左右。
二、初识STM32L476 Nuleo
1、首次打开包装，非常熟悉的Nuleo风格映入眼帘，包装非常简单，出处体现低碳环保理念，最上面大大的型号——STM32L476 Nuleo：
2、包装里的便签的颜色在STM32不同系列中，颜色也是不一样的，这个绿色表示低功耗的系列。
左下角是板载的STM32L476RG芯片的主要特点介绍。
右边是STM32L476 Nuleo板子的接口说明，方便大家在测试学习中查看方便。
3、背面：
最上面给大家介绍一下初次拿到板子后，延时板载程序的步骤和现象。
中间EMBEDDED SFTWARE是ST给大家介绍最新的STM32CubeL4库。看来官方是非常推荐使用这个Cube库的，这样可以使使用者更快速的开发使用这款处理器。
最下边是给大家推荐使用的开发工具。
4、这个是STM32L476 Nuleo主板，可以看出，秉承了Nuleo的一贯风格，电路板大小尺寸、布局等都一致，让你乍看来，是无法判断是哪一款。
5、这是背面，大大的Nucleo标志。
6、STM32L476 Nuleo板子自带有实例程序，那我们当然要初次上电看看效果了。
（1）首先检查JP1跳线帽没有短接，JP5短接到右侧U5V测，JP6短接。
（2）将板载的USB接口连接到电脑给板子供电，就会发现LD1和LD3两个红灯点亮，LD2这个用户LED快速闪烁。
（3）按下左边绿色的用户按键B1，就会发现绿色的LD2灯闪烁的频率变慢。
（4）再次按下左边绿色的用户按键B1，就会发现绿色的LD2灯闪烁的频率变快。
（5）再次按下左边绿色的用户按键B1，就会发现绿色的LD2灯闪烁的频率更快。回到初始状态了。
（6）可以看到这个Demo程序是通过用户按键B1调整绿色的LD2灯闪烁的频率，共有3种状态。
7、注意：
在这里如果不使用电脑，而使用手机充电器等USB接口的电源给STM32L476 Nuleo板子供电的同学请注意了，默认是无法演示执行你的程序的，当然也不是大家的板子坏了，而是需要将板子最上面的JP1这个跳线短接到一起，如下图：
三、STM32L476资源
我们这款Nuleo板子的主角STM32L476RG是一款超低功耗微控制器。隶属于STM32 L4系列，是ST的一款新品，可以看到，官网首页STM32 L4的广告。
STM32L4系列打破了超低功耗领域的性能限制。基于带有FPU的ARM® Cortex®-M4内核以及意法半导体ART Accelerator™，该系列在80 MHz的CPU频率下性能达到100 DMIPS。
根据EEMBC (Embedded Microprocessor Benchmark Consortium 嵌入式微处理器基准评测协会)最新发布的标准化ULPBench超低功耗微控制器能效对比评测中，意法半导体的STM32L4系列微控制器获得了150.7分ULP-Mark，使设计人员无需以牺牲功耗为代价，便可以得到更高的性能和更大的存储容量。
STM32L4系列包含2条不同的产品线：STM32L476（USB、LCD）和STM32L486（USB、LCD、AES）。下图是STM32 L4系列的成员，标红的是板载的芯片。
其主要特点：
• 80MHz ARM Cortex-M4内核，带DSP指令集和浮点运算单元(FPU)
• 超低功耗MCU中的性能冠军：100 DMIPS / 273 CoreMark
• 高达1MB闪存和128KB SRAM，集成智能低功耗外设和安全保密性能
1x 低功耗UART
2x 16位低功耗定时器
多达7x SPI，包含1x Quad SPI
独立的外设通讯时钟
• 杰出的低功耗模式
动态运行模式：低至100 μA/MHz
STANDBY模式 + 32 KB RAM：360 nA
STANDBY模式：130 nA
SHUTDOWN模式：30 nA
VBAT模式：4 nA
• 唤醒时间：STOP模式下仅需5 μS
• 特别适合以下应用
智能表计
可穿戴设备
工业传感
STM32L476RG的功能图如下
据了解：ART加速器、Flash零等待执行、动态电压调节、FlexPowerControl智能架构，7种电源管理模式（运行、低功耗运行、睡眠、低功耗睡眠、停止1、停止2、待机、关闭）。还有ST的Batch Acquisition Mode（BAM），其允许在低功耗模式下与通信接口足够的数据交换。FlexPowerControl是在低功耗模式时保持SRAM待机，为特定外设和I/O管理独立电源。
四、STM32L476 Nuleo板资源简介
Nuleo系列的开发板风格一致，电路也几乎完全一样，只是在接口上不同的微控制器略微不同。
1、下图是Nuleo板子的结构图
由图大家可以看到，板子最上面是一个ST-Link，通过SWD方式连接目标微控制器，下部的微控制器和接口（Arduino和Morpho接口）， 以及复位按钮和用户LED、用户按钮。
2、下图是STM32L476 Nuleo板子的照片和其功能分布，上面包涵了板子的大部分器件。
3、下图是板子的背面，主要是短路用的0欧电阻。
4、STM32L476 Nuleo基本板载资源
（1）STM32L476RGT6微控制器。
（2）支持Arduino UNO R3 Shield扩展板，微控制器所有IO口引脚通过排针座引出。
（3）ST-LINK/V2-1调试器。
（4）3个LED：一个USB通讯LED、一个电源LED、一个用户LED。
（5）2个机械按键：复位RESET、用户USER B1。
（6）USB接口的3个不同功能：虚拟串口、容量存储、调试接口。
（7）3种不同供电方式：mini USB接口供电；IO引脚用电；通过Arduino UNO R3 Shield接口供电。
（8）支持Keil、IAR、embed在线IDE的设计工具。
5、STM32L476 Nuleo接口定义
（1）Arduino接口
（2）Morpho接口
6、我也用了几块Nuleo板子了，今天也来说一说：
（1）个人感觉板子背面的Morpho接口能不能不用针的，有没有一面是排针，一面是孔的接口，感觉电路板背面有这么多针，很容易搞短路。
（2）在这就是背面的短路用的0欧电阻，大家可以根据需要，结合电路焊上或去掉。但是也有一些不便的地方，焊上去还好说，取下来就得要热风枪了。
五、开发环境搭建
STM32L476 Nuleo的开发环境还是比较多的，主流的IDE都支持，比如MDK、IAR、GCC-based IDEs，当然还有最近比较火的mbed在线IDE。
不过据统计，国内用的开发环境MDK相当多，当然，我也不例外，比较热衷于MDK。
由于STM32L476这个微控制器比较新，就需要最新的MDK的支持。
除了MDK这个IDE之外，我不得不对ST的图形开发工具STM32CubeMX表示赞赏，以图形化的界面配置来帮助开发者快速配置工程、实现初识化代码的功能。
我的测试环境：
MDK5.16+STM32CubeMX4.10+Keil.STM32L4xx_DFP.1.0.0.pack + STM32Cube_FW_L4_V1.0.0
1、当然要到MDK的官网下载最新的 MDK5.16
网址：http://www.keil.com/arm/mdk.asp
2、然后下载STM32CubeMX
网址：
ttp://www.st.com/web/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1533/PF259242?s_searchtype=partnumber
3、软件找好了，就开始安装了，这个我就不说了，一路下一步，没有悬念。
安装好就在桌面可以看到图标：
4、下面就是安装固件库和软件包了。
5、首先安装STM32L4 系列的软件包。
（1）打开MDK，点击install packs按钮
（2）打开软件包界面
（3）但是由于我的网速不给力，只能下载离线包安装了。
网址：http://www.keil.com/dd2/pack/
这个软件包我在周1、周2的时候一直下不下来，其他版本的都能下，直到周2晚上才能正常下载了，不知是不是开始网站的连接错误？
（4）下载下来后就可以安装了，可以双击安装，也可以在下图的位置导入：
6、安装STM32Cube库
（1）在STM32Cube MX中help菜单中选择安装库选项，在下图的位置选择我们使用的STM32L4系列的库，
（2）但是我的网速也比较慢，还是下载离线包安装吧。
网址：http://www.st.com/web/en/catalog/tools/PF261908
下载后得到离线
（3）在库的安装界面选择如图的按钮，从本机安装。
（4）但是却提示本安装包不适合此版本！
这是怎么回事呢，后来我仔细查了一下，原来最新的STM32Cube MX是4.10，上面支持的是stm32cube_fw_l4_v100，但是从官网上下载的只有1.1.0版本的，所以提示安装不上。
不知道这个问题ST公司注意到了没有。软件版本和库版本暂时不一致，库版本更新的快一些。这个问题截至到我写测评文档的时候还存在。
但是官网却没有提供老版本库的连接，个人建议能够把历史软件库的连接能够在网站上给出，万一谁需要的呢？虽然STM32Cube MX的库管理界面有历史库的更新选项，但没有连接可以提供用户自己下载。
（5）没办法，我的电脑在线下载Cube库慢，离线库又于STM32Cube MX软件不对照。最后没办法，只能抱着计算机跑朋友家下载了，可费了不少功夫。
不过还好，总算装好了。
六、第一个程序
开发总算环境搭建好了，下面还是写个程序练练手吧。
那就选大家拿到板子必做的LED灯闪烁吧。必修课。
1、打开STM32Cube MX
首先选择微控制器型号，STM32L476 Nuleo上控制器是STM32L476RG。（当然也可以按板子型号选择）
2、选择系统使用的引脚，并配置相应的功能，板载的LED2接到了PA5上面。
3、进行时钟树的配置。
刚打开，发现这个时钟树比其它系列的芯片庞大很多，满满的2屏。以后需要慢慢学习了，应该主要是为了低功耗而设计的吧，根据自己选择的模块有更灵活的配置方法。
当然第一个程序是让灯闪起来，不用过多的考虑，那就选择最高的时钟吧80MHz。
4、接下来对片内外设进行配置，当然，在这里只选择了PA5脚接LED，那就配置吧。
点开后进行相应的配置，不过发现STM32Cube MX 4.10上面有个问题，就是下面填写用户标号的地方，好像只能输入数字，英文字母无法输入，不知道这是我的电脑的问题还是系统的一个bug。之前的版本用的都是好好的。
5、配置完后，就可以自动生成初始化代码了，当然首先要进行工程设置，包括工程名称，存储路径，使用的开发环境IDE等，在这里使用的时MDK5.16最新板的，选择MDK-ARM V5。
6、点击确认按钮后，自动生成工程文件，然后选择打开工程，就可以打开工程文件了，下图是自动生成的工程代码。
7、在MDK中添加2行使灯闪烁的程序。
8、我习惯在调试程序之前把下面的选项勾上，这样程序下载进去后，可以直接运行看效果了。
9、最后效果就不上了，估计每个学习使用单片机的同学不知道做了多少遍，看了多少回了哈。
10、最后来说说我对MDK5.16+STM32CubeMX4.10开发的几点小小的体会：
（1）ST公司给大家提供的免费的STM32CubeMX图形配置工具非常实用，可以帮助开发者更快的生成工程文件，即使在实际当中不完全使用，使用这个做初始化代码工作还是非常方便的。
（2）ST公司提供的STM32Cube库也非常好，不同系列之间的迁移非常方便，我之前使用的时STM32F系列的芯片，L系列的还没有接触过，但使用库编程，基本功能还是可以很方便的实现。
（3）STM32CubeMX 4.10中在用户标签那里无法输入字母。这个不知是不是我的电脑问题，回头再试试看。
（4）关于USER LABEL这个，我想多说一下，就是这个用户定义的标签要是能同步到生成的MDK工程文件中，用宏定义#define一下就更加完美了。
（5）关于STM32Cube库个人认为可以在非一下层次，比如HAL层和Driver层，可以把底层的具体外设配置和基本功能放在HAL中，而像串口阻塞、非阻塞模式的等封装完整的函数放在Driver层中。
（6）个人感觉应该出个更详细的关于HAL库的说明，比如我想清楚某个中断标志，当然，后来我查了一下，在相应的模块的.h文件中已宏定义的形式给出了，但是.h文件中内容相当多，而且看起来感觉有点乱，甚至这点还没有以前的标准库看着清楚些。所以有个指引说明会更好些。
七、功耗测试
最后来个功耗测试吧，由于我第一次使用STM32L系列的板子，查了一下，在STM32Cube库的工程样例中提供了关于功耗测试的工程，就拿这个来测试测试，看看功耗有多低？
1、工具准备：
我手头没有专业的电流表，只有一个万用表胜利VICTOR VC9806+ 4位半的，有个200uA的档位，凑合着用吧。
2、测试工程：
位置：STM32Cube_FW_L4_V1.0.0\Projects\STM32L476RG-Nucleo\Examples\PWR\PWR_ModesSelection
3、先来分析一下这个程序吧：
（1）首先是私有变量定义和私有的函数定义
（2）在住函数里首先对系统进行初始化，然后用串口输出提示信息，可以通过提示看到，则个程序可以测试13种状态，还是比较全的嘛。
（3）下面就是等待串口输入命令，并获得命令以便进行下一步的处理。
（4）最后是根据输入的命令来判断该执行那个工作模式的函数。
（5）下面来看一下Shutdown模式的程序吧，根据提示信息，进入该模式后，测量完电流需要按复位按钮重新启动程序，然后再进行其它模式的测量。
其它模式就不分析了，这次主要是进行测试功耗嘛。
4、下面就该测试了：
（1）将程序下载到STM32L476 Nuleo的微控制器中。
（2）将板子中间的JP6跳线帽去掉，这个地方是我们测试电流大小的接口。
就是下图这个位置。
（3）然后用万用表表笔接在两个引脚之间，红表笔接右，黑表笔接左，万用表打在电流档。
（4）按下复位键，在串口屏幕上打印出如下信息：
此时万用表显示0.6989mA，不到一个mA。
（5）在计算机上输入0，进入SHUTDOWN模式，此时发现电流显示0.0001mA不到1个uA。
这时量程选择不合适，切换到200uA档，发现读数显示0.07uA，也就是70nA，这个够小了吧。虽然和官方给出的30 nA的相比有一定差距，但是由于仪器，测试环境等限制，这个已经不错了。
（6）复位后，重新在串口输入1命令，进入STANDBY模式，这时万用表显示电流0.16uA，也就是160nA。
（7）复位后，重新在串口输入2命令，进入STANDBY+ RTC模式，但启用RTC，这时万用表显示电流0.75uA，也就是750nA。比不带RTC的模式多了590nA。
（8）下面是在STANDBY + RTC + SRAM2模式，在上一模式基础上又添加了SRAM2，这时万用表显示电流1.00uA，也就是1000nA。又多了250nA的电流。
（9）下面是在STOP2模式，这时万用表显示电流1.44uA。
（10）下面是在STOP2+ RTC模式，这时万用表显示电流2.07uA。
（11）下面是在STOP1 + MR OFF模式，这时万用表显示电流2.11uA。
（12）下面是在STOP1 + MR OFF + RTC模式，这时万用表显示电流8.35uA。
（13）下面是在LPSLEEP 2MHz - FLASH OFF模式，这时万用表显示电流83.13uA。
（14）下面是在LPRUN 2MHz - with FLASH ART ON这时万用表显示电流0.2745mA。也就是274.5uA。可以看到，低功耗的睡眠和运行模式，功耗明显变化。
（15）下面是在SLEEP Range 2, 24MHz - with FLASH ART ON这时万用表显示电流0.8442mA。
（16）下面是在SLEEP Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON这时万用表显示电流3.075mA。
可以看到，时钟频率对功耗有明显的影响。
（17）下面是在RUN Range 2, 24MHz - with FLASH ART ON这时万用表显示电流2.558mA。
（18）下面是在RUN Range 1, 80MHz - with FLASH ART ON这时万用表显示电流10.546mA。
（19）最后把测试的数据放在表里对比一下：
5、从功耗的测试结果我们可以看出
（1）单独的STM32L476RG芯片功耗还是相当第的，这也是L系列的主要特点。
（2）时钟频率对功耗的影响比较大。
（3）在具体使用时，可根据需要选择不同的工作模式，以降低功耗。
（4）在使用时，关闭不需要的模块可以降低功耗。
（5）由于条件所限，不能与其它同类型的微控制器比较，有机会找个同性能的其它芯片测试对比一下。
八、结语
以上便是我的这次STM32L476 Nuleo的测评，时间比较紧，只是说了些皮毛的东西，随后有时间再慢慢学习。给大家带来更详细的分享。欢迎大家交流。
最后再次感谢EEWORLD的eric_wang论坛给我这次测试的机会！
九、参考
（1）意法半导体：突破4nA超低功耗，STM32L4做到了——http://www.eefocus.com/mcu-dsp/344957
（2）STM32L4 series of ultra-low-power MCUs——http://www.st.com/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1580/LN1840
（3）【Nucleo深度评测】之一STM32L053低功耗测试——https://bbs.eeworld.com.cn/thread-452363-1-1.html
（3）超低功耗MCU是怎样炼成的?——https://www.eeworld.com.cn/mcu/2015/0410/article_19307.html
（4）STM32Cube_FW_L4_V1.0.0库例程
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在这里编辑文本好麻烦，我调格式图片就花了2个多小时，终于基本搞定了！
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