STM32最佳32位元微控制器平台及其應用

意法半導體(ST)資深產品行銷經理楊正廉。

MCU大廠規劃並提供多樣化完整的32位元微控制器產品組合，並持續推出引領效能標竿、直追DSP等級的高效能MCU，維持與家族成員相同功耗，掌握物聯網低功耗特性以更強動力驅使IoT應用的到來…

齊全家族成員與針腳相容  串起IoT無所不在的連結

意法半導體(ST)資深產品行銷經理楊正廉先生，以「STM32最佳32位元微控制器平台及其應用」的議題做演說。STM32具備9大產品系列(L0/L1/L4/F0/F1/F3/F2/F4/F7)與32個產品線，涵蓋Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7等5種MCU核心。

從超低功耗32MHz STM32 L0(72 Coremark)到最高效能200MHz STM32 F7(1000Coremark)，全系列MCU維持針腳相容(pin-to-pin compatibility )，同時每個型號保證至少供貨10年。像STMF703已經持續供貨來到第七、第八個年度。

為因應物聯網對安全與加密防護的需要，楊正廉指出像STM32 L4強化了從微核心、週邊到編解碼引擎的全方位防護能力，STM32也廣泛應用到像是嵌入式彩色液晶顯示器、人機介面、馬達控制、家電、連網家電、語音辨識、家庭自動化、智慧照明等，尤其在穿戴式裝置，更有許多廠商採用ST的MCU作為解決方案。

天下物聯  無網不連  唯快不破

過去STM32 F4是ST甚至業界中效能最高的Cortex M微控制器，楊正廉提到ST與ARM合作，於2015年3月發表的STM32 F7，採雙指令派送(Dual-Issue)、6管線階的最新Cortex-M7處理器核心微架構，具備記憶體防護單元、SIMD單指令多數據指令集，以及具備快取功能的64位元寬度的AXI-M週邊？記憶體匯流排；時脈達216MHz。

楊正廉進一步揭露STM32 F7功能區塊圖。他指出ST在Cortex-M7處理器的指令快取(ITCM)與AXI-M匯流排之間，連接了ST自行開發的Chrom-ART Accelerator及ART Accelerator存取加速技術，提供匯流排智能仲裁與可調變的存取優化設計，即便在不搭配外接無DRAM/SRAM情況下，藉由零等待狀態？週期的Flash存取加速，可以提升程式碼在Flash直接執行或繪圖處理的效能。

據ST測試結果，開啟Cache(CoreMark 1004)或僅ART加速技術下(CoreMark 889)，較其他無Cache或無ART加速技術(CoreMark為532？37)，相差了2？27倍。

另外，以STM32型號F756功能區塊圖為例，採216MHz新的ARM Cortex-M7核心、除了前述提到216MHz、ART Accelerator與Chrom-ART Accelerator加速技術之外，另外提供2組SAI、3組I2S半雙工、4組I2C、USB專屬1.8電源供應、Quad SPI匯流排與硬體編碼加速器。

STM32 F7在架構、規格上已進逼於高效能數位訊號處理器與即時處理器，並創下1082 CoreMark效能標竿，是過去STM32 F4(Cortex-M4)效能的1.8？2倍，STM32 F7、F4每毫瓦效能為分別為6、7CoreMark/mW，暫停模式下甦醒時間、耗電流為100µA與105μs、290µA與22μs，待機模式下耗電流為2.2、3.1µA，而甦醒時間為318μs，相較之下，STM32 F7維持著接近於上一代STM32 F4相同的功耗表現，同時維持針腳相容性。

STM32F7整合許多像是4線路SPI Flash/TFT LCD介面、SPI/UART/CAN/I2C串列匯流排、SD Card/USB/Ethernet/SPDIF/Camera IF/I2S TDM等高速週邊匯流排，同時外接的記憶體介面設計使得程式碼長度不再被侷限。

STM32F7鎖定的目標市場，從通用型MCU、通用型DSP到通用型MPU：1.具備較大的記憶體、新核心與豐富的週邊支援性，滿足需要高階與高整合週邊的MCU客群。2.以先進的混合訊號處理能力、較大記憶體、週邊與較低成本，取代既有DSP市場。3.以高效能、先進週邊控制與Quad SPI匯流排設計，取代過去用低階MPU為主的人機介面(MHI)應用市場。

整合多元週邊  開發套件齊備

STM32 F7有3個型號：STM32F756、STM32F746、STM32F745，依TFT控制器、硬體編碼引擎等規格的選配，以及從100？208pins LQFP、176 pins UFBGA pitch 0.65、216 pins TFBGA pitch 0.8等7種封裝的選擇。硬體開發工具部分，則有ST-LINK V2除錯器？除錯程式、10月上市的STM32 Nucleo144開發板、提供快速工程雛型的Discovery Kits開發套件，與具備全功能的評估板(Evaluation Boards)。

另外，STM32F4系列也追加了STM32F446(180 MHz、最大512 KB Flash、雙Quad SPI and SDRAM介面)、STM32 F469/F479(追加ART/Chrom-ART加速技術、MIPI介面)的3個新成員。

楊正廉也補充了低功耗家族新成員STM32L4，以80MHz低功耗Cortex-M4微核心，具備浮點運算單元與進階週邊，提供100DMIPS與273 CoreMark效能。STM32L4提供了多達7種節電模式：從睡眠模式35 µA/MHz到、僅純電池維持的4/300 nA，而工作模式下亦有24MHz與80MHz兩種操作頻率。

從功能區塊圖來看，STM32L4提供了FSMC 8/16位元平行介面，支援TFT-LCD、SRAM、NOR或NAND Flash記憶體，支援8x40 LCD驅動，17組計時器，包含兩組16bit馬達控制計時器、2組32bit計時器，支援到114 I/Os的觸控IC；提供USB OTG、1組SD/SDIO/MMC插槽介面、3組SPI、3組I2C、1組CAN匯流排與1組Quad SPI介面、5組USART與1組 ULP介面。

目前STML4有4個型號，提供256KB？1MB Flash容量選配、USB 2.0 OTG、88x40或4x44 LCD驅動顯示，以及AES 128/256硬體編碼引擎的選配。

STM32從產業生態來看，韌體部分提供STM32Snippets、標準週邊函式庫、STM32Cube、也可搭配ARM mBed；硬體部分可搭配對任何MCU發的Micrium、SEGGER、HCC編譯器、協力夥伴開發的.NET、Java等虛擬機器；開發工具？軟體部分，以ST提供的STM32CubeMX v4.x或第三方整合開發環境(IAR、KEIL、COCoox、etc)進行程式碼撰寫、組譯與除錯，以STVP、ST-LINK等工具進行韌體碼燒錄，並以STM Studio套件進行監測。

除了官方網站ST.COM建置了MCU Finder，ST也提供手機App，讓工程師可根據設計需求，快速選擇所需的MCU型號、規格；除了透過各地分公司、代理商或經銷商提供技術支援之外，眾多的技術開發社群也提供了開發諮詢、問題解決等的提問管道。STM32每個型號的MCU均分散透過兩家晶圓廠進行生產，以確保MCU供貨無虞。