2008 №11

STM32—32-разрядные микроконтроллеры на основе ядра ARM Cortex-M3

Крылов Евгений

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 одноцикловый 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:

Access (F101xx): частота тактирования 36 МГц, от 32 до 128 кбайт флэш-памяти, от 6 до 16 кбайт SRAM, до 7 коммуникационных интерфейсов. Линейка Access разработана с тем, чтобы внедрить 32-разрядную схемотехнику в критичные к стоимости применения или в 16-разрядные проекты.
Performance (F103xx): частота тактирования 72 МГц, от 256 до 512 кбайт флэш-памяти, до 64 кбайт SRAM, контроллер статической памяти с поддержкой Compact Flash, SRAM, PSRAM, NOR и NAND памяти, с поддержкой LCD параллельного интерфейса (F103Vx). Микроконтроллеры имеют до 13 коммуникационных интерфейсов, в том числе USB и CAN. Линейка микроконтроллеров Performance ориентирована на применения, которым необходимы одновременно и повышенная производительность обработки, и экономичная работа.

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 (6Q6 мм).

Рис. 2. Матрица номенклатуры микроконтроллеров семейства STM32

На данный момент номенклатура микроконтроллеров семейства STM32 (рис. 2), в целом, состоит из 46 устройств линеек Access и Performance. Основные характеристики этих микроконтроллеров представлены в таблице.

Таблица. Характеристики 32-разрядных микроконтроллеров на основе ядра CORTEX M3

Тип прибора

F такт, МГц

Осн. гене-
ратор
такт., МГц

Встроенные
RC-генераторы

Гене-
ратор час
тоты
32 кГц

Flash-память
прог
рамм,
кбайт

RAM, кбайт

DMA,
кана-
лов

ADC, количество
(каналов × разрядов)

Таймеров × разрядов
(IC/OC/PWM)

24-разр. счетчик
обратн. счта

Прочие таймеры

USART
(IrDa/ISO7816)

USB

CAN

Прочие
последова-
тельные
интерфейсы

Прим.

Вывод Vbat

I/O выводов
(с большим током)

Диапазон рабоч. темп., °C

Режимов
энерго-
сбер.

Напряжение
питания, В

Корпус

Линейка Access

STM32F101T6

4–16

8 МГц/
32 кГц

1×(10×12)

2×16 (8/8/8)

2×WDG,
RTC

1×SPI, 1×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD

–40…85/105

2–3,6

VFQFPN 36 6×6×1,0
PITCH 0.50

STM32F101T8

3×16 (12/12/12)

STM32F101C6

4–16

8 МГц/
32 кГц

1×(10×12)

2×16 (8/8/8)

2×WDG,
RTC

1×SPI, 1×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD

2–3,6

LQFP 48 7×7×1,4 1

STM32F101C8

3×16 (12/12/12)

2×SPI, 2×I²C

STM32F101CB

128

2–3,6

LQFP 64 10×10×1,4 1

STM32F101R6

4–16

8 МГц/
32 кГц

1×(16×12)

2×16 (8/8/8)

2×WDG,
RTC

1×SPI, 1×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD

STM32F101R8

3×16 (12/12/12)

2×SPI, 2×I²C

2–3,6

LQFP 100 14×14×1,4 1

STM32F101RB

128

STM32F101V8

4–16

8 МГц/
32 кГц

1×(16×12)

3×16 (12/12/12)

2×WDG,
RTC

2×SPI, 2×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD

STM32F101VB

128

Линейка Performance

STM32F103T6

4–16

8 МГц/
32 кГц

2×(10×12)

3×16 (12/12/12)

2×WDG,
RTC

1+HS

1×SPI, 1×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD, 1xHS
USART 4,5 Мбит/с

–40…85/105

2–3,6

VFQFPN 36 6×6×1,0 PITCH 0.50

STM32F103T8

4×16 (16/16/18)

STM32F103C6

4–16

8 МГц/
32 кГц

2×(10×12)

3×16 (12/12/14)

2×WDG,
RTC

1+HS

1×SPI, 1×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD, 1xHS
USART 4,5 Мбит/с

2–3,6

LQFP 48 7×7×1,4 1

STM32F103C8

4×16 (16/16/18)

2×SPI, 2×I²C

STM32F103CB

128

2+HS

2–3,6

LQFP 64 10×10×1,4 1

STM32F103R6

4–16

8 МГц/
32 кГц

2×(16×12)

3×16 (12/12/14)

2×WDG,
RTC

2+HS

1×SPI, 1×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD, 1xHS
USART 4,5 Мбит/с

2–3,6

LFBGA 100
10×10×1,7
F10x10 0.8,
TQFP 100
14×14×1,4 1

STM32F103R8

4×16 (16/16/18)

2×SPI, 2×I²C

STM32F103RB

128

STM32F103V8

4–16

8 МГц/
32 кГц

2×(16×12)

4×16 (16/16/18)

2×WDG,
RTC

2+HS

2×SPI, 2×I²C

Встроенные функции
POR, PDR и PVD, 1xHS
USART 4,5 Мбит/с

STM32F103VB

128

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 (www.st.com) 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.

Скачать статью в формате PDF