Рис. 1 – Блок–схема микроконтроллера семейства STM32
Автор: Е. Крылов
Источник: КиберЛенинка
Сравнительный обзор семейства микроконтроллеров STM32F4.
Фирма STMicroelectronics (STM) одной из первых приступила к серийному выпуску 32–разрядных Flash–микроконтроллеров, в основу которых было заложено ядро ARM Cortex–M3, разработанное специально для встраиваемых применений.
Приборы нового семейства, получившего название STM32, предоставили разработчикам расширенные возможности архитектуры Cortex–M3, при ведущем в отрасли малом энергопотреблении.
Низкое энергопотребление микроконтроллеров семейства STM32 в рабочем режиме в еще большей мере снижается за счет использования ряда режимов энергосбережения, что способствует оптимизации рабочих характеристик таких применений, как промышленное оборудование, контроллеры обслуживания зданий, медицинская аппаратура, периферия компьютеров и т. п.
Ядро процессора Cortex–M3 построено с использованием Гарвардской архитектуры с 3–уровневым конвейером, в сочетании с рядом расширенных функций, включая одно–цикловый умножитель и аппаратный делитель, обеспечивающие исключительно высокую производительность в 1,25 DMIPS/МГц. Процессор Cortex–M3 работает также с новой системой команд Thumb–2, которая, в сочетании с такими функциями, как хранение невыровненных данных и побитовая обработка, обеспечивает 32–разрядную производительность при стоимости, эквивалентной стоимости современных 8– и 16–разрядных микроконтроллеров.
В семейство STM32 входят две линейки приборов:
В текущем году семейство STM32 значительно расширилось: добавлено еще 28 новых микроконтроллеров, включая недорогие приборы, размещенные в 36–выводных корпусах, и приборы более высокого класса, размещенные в 144–выводных корпусах.
Новые микроконтроллеры, пополнившие номенклатуру семейства, располагают увеличенным объемом (256, 384 и 512 кбайт) встроенной Flash–памяти, обеспечивающей хранение как программ, так и данных. Увеличение объема памяти предоставляет разработчикам возможность реализовать новые функции и расширить возможности существующих базовых платформ продуктов. Объем встроенной SRAM-памяти также был увеличен до 64 кбайт у 72–МГц контроллеров линейки Performance и до 48 кбайт у 36–МГц контроллеров линейки Access.
Дополнительная периферия, встроенная в микроконтроллеры с Flash–памятью емкостью 256 кбайт и более, включает контроллер внешней статической памяти (Flexible Static-Memory Controller, FSMC), поддерживающий микросхемы NOR, NAND и Compact Flash–памяти и, кроме того, SRAM–память. FSMC–контроллер поддерживает также режимы 8080 (Intel) и 6800 (Motorola) для организации параллельного интерфейса с LCD–контроллерами.
Кроме того, новые микроконтроллеры располагают контроллером для сменных носителей памяти, включая SD (Secure Digital), SDIO (Secure Digital Input/Output) и MMC (Multi-Media Card), которые соответствуют требованиям спецификаций MultiMediaCard System Specification 4.42 для 8–разрядных пересылок данных на частоте 48 МГц.
На рис. 1 показана блок–схема микроконтроллера семейства STM32, представляющая организацию шин и подключение к ним памяти и периферии.
Рис. 1 – Блок–схема микроконтроллера семейства STM32
Все представители семейства STM32 оснащены стандартным портом JTAG с встроенной отладочной системой.
Порт I2S поддерживает режимы ведущего и ведомого, добавлена выборка аудиосигнала с частотами от 8 до 48 кГц и, кроме того, добавлены 2-канальный 12–разрядный DAC и встроенная макро-ячейка трассировки (Embedded Trace Macrocell, ETM), улучшающая возможности отладки. Введена и дополнительная стандартная периферия, включающая до пяти UART/USART (до 4,5 Мбит/с), три SPI (18 МГц) и два I2C (400 кГц) интерфейса. Такое сочетание периферийных устройств позволяет ориентировать микроконтроллеры семейства STM32 на новые рынки, которым необходимы надежная коммуникация и дополнительные возможности управления.
Новые микроконтроллеры линейки Performance с объемом памяти свыше 256 кбайт оснащены, кроме того, двумя PWM–таймерами с семью выходами и возможностью управления временем запирания (dead-time). Эти таймеры могут быть объединены с четырьмя стандартными 16–разрядными таймерами, что позволяет поддерживать до двадцати восьми PWM–сигналов. Все представители семейства оснащены 12–разрядными АЦП с частотой преобразования 1 МГц с возможностью функции тройной выборки/хранения. Число каналов АЦП в микроконтроллерах линейки Access составляет 10 или 16 (один модуль АЦП), микроконтроллеры линейки Performance имеют два независимых модуля АЦП с общим числом аналоговых входов 2x10 или 2x16.
Такой набор модулей PWM и АЦП позволяет реализовать одновременное управление сразу двумя 3–фазными бесколлекторными двигателями.
Все микроконтроллеры линейки Performance имеют в своем составе контроллеры коммуникационных интерфейсов последовательной передачи по стандарту CAN и USB (12 Мбит/с).
Новые микроконтроллеры семейства STM32 поставляются в корпусах LQFP64, LQFP/BGA100 и LQFP144/BGA144. Версии с объемом флэш–памяти в 32 или 64 кбайт размещены в новом компактном корпусе QFN36 (6x6 мм).
На данный момент номенклатура микроконтроллеров семейства STM32 (рис. 2), в целом, состоит из 46 устройств линеек Access и Performance.
Рис. 2 – Матрица номенклатуры микроконтроллеров семейства STM32
Среда разработки для микроконтроллеров семейства STM32 фирмы STMicroelectronics позволяет строить применения на стандартном ядре с учетом мощного набора программных и аппаратных средств. Другими популярными интегрированными средами проектирования, предоставляемыми третьими разработчиками, являются uVision3 (Keil), EWARM (IAR), RAISONANCE и др.
Фирма STMicroelectronics для поддержки своей продукции предоставляет разработчикам бесплатный набор драйверов всех стандартных блоков и УВВ, от портов ввода/вывода и таймеров до блоков CAN, I2C, внешней шины, SPI, UART, АЦП и др., а также бесплатные библиотеки для векторного управления электродвигателями, в том числе асинхронными с короткозамкнутым ротором.
В состав средств поддержки разработчиков входит новая оценочная плата от фирмы ST, поддерживающая самые последние модели и стартовые наборы от третьих поставщиков – IAR, KEIL, HITEX, RAISONANCE.