STM32H5 vs STM32F4

1. 性能提升
   搭載Cortex-M33內核，每兆赫1.5 DMIPS和4.09 CoreMark，為系統提供更強的計算能力。
   采用先進的40nm工藝，帶來更高的系統主頻和更快的flash訪問速度。
   具備增強的系統架構，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，使得MCU更加功能豐富。
   由于工藝升級，面積更小，使得芯片設計更加緊湊，提高性價比。
3. 功耗優化
   利用40nm工藝優化動態功耗，使得動態功耗得到降低。
   靜態功耗也得到優化，進一步節省能源消耗。
   其他功耗優化特征進一步提高功耗效率。
4. 先進的安全功能
   配備Cortex-M33內核與TrustZone技術，提供更強大的安全保障。
   提供器件生命周期管理，確保設備的安全性和穩定性。
   支持調試認證(Debug Authentication)功能，增加調試的安全性。
   其他安全功能進一步保護系統免受潛在威脅。
   綜上所述，STM32H5是一款集性能、新特性、功耗優化和安全功能于一體的高性能MCU，將為開發者提供更出色的開發體驗和性能表現。

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性能提升

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

更快的FLASH

STM32H5具有更快的訪問速度，在訪問周期等待設置同樣為0ws的情況下，F4的系統主頻只能到30MHz，而H5的系統主頻能到42MHz。這意味著在高頻率運行時，STM32H5能夠以更高的速度執行存儲器讀寫操作，提高了系統的響應速度。
同樣在5ws情況下，F4的系統主頻只能到180MHz，而H5的系統主頻能到250MHz。

增強的系統架構 vs. F4

STM32H5在設計中不僅保留了以往STM32系列架構的優點，還引入了I-Cache（指令緩存）和D-Cache（數據緩存）這兩個重要的特性，進一步提升了系統的運行效率。

I-CACHE

I-Cache（指令緩存）：I-Cache能夠緩存處理器執行的指令，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。這樣，當程序需要再次執行已緩存的指令時，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，加快程序的執行速度。

D-CACHE

D-Cache（數據緩存）：D-Cache用于緩存處理器的數據操作，類似于I-Cache，它也可以將常用的數據存儲在快速訪問的緩存中，減少對內部RAM或外部存儲器的讀寫次數。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，提高系統的數據處理效率。
DCACHE 是 4KB 數 據 緩 沖 , 通 過 S-Bus 連 接Cortex?-M33內核，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

更高的動態能效

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

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. 更節能的晶體管：STM32H5所使用的晶體管設計，相比于之前的工藝代際，功耗得到了進一步優化。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在同樣電壓下已經無法運行。這意味著在高性能要求的應用中，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還允許根據應用需求調整主頻，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用場景。

因此，STM32H5在功耗優化、性能提升以及靈活性方面提供了一系列的改進，使得它成為許多應用場景下的理想選擇，特別是在注重能效和性能的物聯網、移動設備、工業控制等領域

更低靜態功耗

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模式允許開發者根據具體需求選擇不同的工作電壓，從而實現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用場景。
   主頻會進一步降低，計算性能相應減弱。
   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用。

通過靈活地選擇SVOS模式，開發者可以根據不同的應用場景平衡性能和功耗的關系。對于對功耗敏感的電池供電設備或需要長時間運行的應用，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，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，開發者在選擇適合的模式時需要綜合考慮設備的實際需求和應用場景。

下圖為不同工作模式下的功耗圖。

功耗優化特性

? Run/Sleep 模式

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

? Stop 模式

• 全部或是部分SRAM關閉 (down to 16KB for SRAM2)
• 內部低功耗時鐘CSI可在STOP模式保持運行，可實現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輸出狀態保持

• 不需要再為了保持輸出而只能工作在STOP模式

功耗優化竅門 – Sleep模式

? 雙時鐘域降低動態功耗
? 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

功耗優化竅門 – Stop模式

? 不同措施以最小化功耗：

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

審核編輯：湯梓紅