STM32H5 vs STM32F4

1. 性能提升
   搭載Cortex-M33內(nèi)核，每兆赫1.5 DMIPS和4.09 CoreMark，為系統(tǒng)提供更強的計算能力。
   采用先進的40nm工藝，帶來更高的系統(tǒng)主頻和更快的flash訪問速度。
   具備增強的系統(tǒng)架構(gòu)，進一步提升整體性能。
2. 新特性，高集成，高性價比
   利用40nm工藝，內(nèi)部存儲器(FLASH+RAM)得到擴充，可提供更多的存儲容量。
   集成更多全新特性外設(shè)，使得MCU更加功能豐富。
   由于工藝升級，面積更小，使得芯片設(shè)計更加緊湊，提高性價比。
3. 功耗優(yōu)化
   利用40nm工藝優(yōu)化動態(tài)功耗，使得動態(tài)功耗得到降低。
   靜態(tài)功耗也得到優(yōu)化，進一步節(jié)省能源消耗。
   其他功耗優(yōu)化特征進一步提高功耗效率。
4. 先進的安全功能
   配備Cortex-M33內(nèi)核與TrustZone技術(shù)，提供更強大的安全保障。
   提供器件生命周期管理，確保設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
   支持調(diào)試認(rèn)證(Debug Authentication)功能，增加調(diào)試的安全性。
   其他安全功能進一步保護系統(tǒng)免受潛在威脅。
   綜上所述，STM32H5是一款集性能、新特性、功耗優(yōu)化和安全功能于一體的高性能MCU，將為開發(fā)者提供更出色的開發(fā)體驗和性能表現(xiàn)。

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性能提升

STM32H5使用Cortex-M33內(nèi)核 ，帶有更高的主頻和性能提升，在同等的時間內(nèi)可以做更多的運算和解決更復(fù)雜的功能。

更快的FLASH

STM32H5具有更快的訪問速度，在訪問周期等待設(shè)置同樣為0ws的情況下，F(xiàn)4的系統(tǒng)主頻只能到30MHz，而H5的系統(tǒng)主頻能到42MHz。這意味著在高頻率運行時，STM32H5能夠以更高的速度執(zhí)行存儲器讀寫操作，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
同樣在5ws情況下，F(xiàn)4的系統(tǒng)主頻只能到180MHz，而H5的系統(tǒng)主頻能到250MHz。

增強的系統(tǒng)架構(gòu) vs. F4

STM32H5在設(shè)計中不僅保留了以往STM32系列架構(gòu)的優(yōu)點，還引入了I-Cache（指令緩存）和D-Cache（數(shù)據(jù)緩存）這兩個重要的特性，進一步提升了系統(tǒng)的運行效率。

I-CACHE

I-Cache（指令緩存）：I-Cache能夠緩存處理器執(zhí)行的指令，將常用的指令存儲在快速訪問的緩存中，減少對慢速閃存的訪問次數(shù)。這樣，當(dāng)程序需要再次執(zhí)行已緩存的指令時，可以直接從緩存中讀取，無需再次訪問閃存，從而提高指令訪問的效率，加快程序的執(zhí)行速度。

D-CACHE

D-Cache（數(shù)據(jù)緩存）：D-Cache用于緩存處理器的數(shù)據(jù)操作，類似于I-Cache，它也可以將常用的數(shù)據(jù)存儲在快速訪問的緩存中，減少對內(nèi)部RAM或外部存儲器的讀寫次數(shù)。通過減少訪問外部存儲器的頻率，D-Cache能夠大大降低存儲器訪問的延遲，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率。
DCACHE 是 4KB 數(shù) 據(jù) 緩 沖 , 通 過 S-Bus 連 接Cortex?-M33內(nèi)核，提升外部存儲訪問性能,不能訪問片上的存儲單元，只可以訪問片外的。
STM32H503系列無DCACHE

性能對比 H5 vs. F4

更高的動態(tài)能效

STM32H5使用先進的40nm制成工藝，并且配備了更節(jié)能的晶體管。相比于STM32F4系列，STM32H5在低工作電壓下具有更高的主頻能力，以及更低的內(nèi)核電壓，這使得STM32H5在功耗優(yōu)化方面有了更大的優(yōu)勢。

1. 先進的40nm制程工藝：STM32H5采用40nm工藝制造，相比于較早的工藝，它具有更小的晶體管尺寸和更高的集成度。這樣的制程可以顯著提高芯片的性能，并降低功耗。
2. 更節(jié)能的晶體管：STM32H5所使用的晶體管設(shè)計，相比于之前的工藝代際，功耗得到了進一步優(yōu)化。這意味著在相同主頻下，STM32H5會消耗更少的功率，延長電池壽命，或在環(huán)保要求較高的場景中降低能耗。
3. 更高的主頻：在相同工作電壓下，STM32H5允許更高的主頻運行。比如在1V的工作電壓下，STM32H5可以運行在100MHz主頻，而STM32F4在同樣電壓下已經(jīng)無法運行。這意味著在高性能要求的應(yīng)用中，STM32H5能夠提供更快的運算能力。
4. 選擇主頻以降低功耗：除了在高主頻下提供更強的性能，STM32H5還允許根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整主頻，以降低功耗。在較低的主頻下運行，會減少芯片的功耗，特別適用于對功耗要求較高的應(yīng)用場景。

因此，STM32H5在功耗優(yōu)化、性能提升以及靈活性方面提供了一系列的改進，使得它成為許多應(yīng)用場景下的理想選擇，特別是在注重能效和性能的物聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域

更低靜態(tài)功耗

STM32H5系列相比于STM32F4系列，在STOP模式下引入了更加靈活的供電電壓選項，稱為SVOS（Supply Voltage Operating Scale）模式。SVOS模式允許開發(fā)者根據(jù)具體需求選擇不同的工作電壓，從而實現(xiàn)不同的功耗和喚醒方式。
在STM32H5中，具體的SVOS模式及其特點如下：

1. SVOS3：工作電壓為1V
   用于對功耗要求較高但仍需要較高性能的場景。
   可以在較高的主頻下運行，提供較快的計算能力。
   喚醒時間相對較快，適合對實時性要求較高的應(yīng)用。
2. SVOS4：工作電壓為0.9V
   提供更低的工作電壓，功耗相比SVOS3有所降低。
   主頻可能稍有降低，但仍能提供合理的計算性能。
   喚醒時間略有增加，但功耗比SVOS3更低。
3. SVOS5：工作電壓為0.74V
   最低功耗選項，非常適合對功耗要求極高的應(yīng)用場景。
   主頻會進一步降低，計算性能相應(yīng)減弱。
   喚醒時間可能較長，適用于對實時性要求不高的周期性喚醒應(yīng)用。

通過靈活地選擇SVOS模式，開發(fā)者可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景平衡性能和功耗的關(guān)系。對于對功耗敏感的電池供電設(shè)備或需要長時間運行的應(yīng)用，可以選擇更低的SVOS模式來最大程度地延長電池壽命。而對于實時性要求高的任務(wù)，可以選擇較高的SVOS模式來獲得更高的性能。
需要注意的是，不同的SVOS模式可能會影響喚醒時間和功耗，開發(fā)者在選擇適合的模式時需要綜合考慮設(shè)備的實際需求和應(yīng)用場景。

下圖為不同工作模式下的功耗圖。

功耗優(yōu)化特性

? Run/Sleep 模式

• 所有外設(shè)時鐘關(guān)閉情況下時鐘門控（Bus clock gating）
• 低壓高性能 I/Os （HSLV）

? Stop 模式

• 全部或是部分SRAM關(guān)閉 (down to 16KB for SRAM2)
• 內(nèi)部低功耗時鐘CSI可在STOP模式保持運行，可實現(xiàn)快速喚醒且對功耗影響小（避免CSI啟動造成的消耗）

? Standby 模式下I/O輸出狀態(tài)保持

• 不需要再為了保持輸出而只能工作在STOP模式

功耗優(yōu)化竅門 – Sleep模式

? 雙時鐘域降低動態(tài)功耗
? 門控未使用總線時鐘 (Clock gating of unused buses, ~5.5% gain)
? 在Run模式下照樣適用

功耗優(yōu)化竅門 – Stop模式

? 不同措施以最小化功耗：

• 設(shè)置所有GPIO為模擬模式
• 關(guān)閉所有存儲器
• Flash進入掉電模式
• Stop模式下設(shè)置為電壓等級SVOS3/4/5所有外設(shè)時鐘關(guān)閉情況下時鐘門控（Bus clock gating）
  

審核編輯：湯梓紅