Микроконтроллеры на базе 32-битного ядра ARM Cortex для управления цифровыми сигналами

STMicroelectronics выпустила первые образцы серии микроконтроллеров STM32 F3 для изготовителей оборудования с целью ранней оценки семейства продуктов на базе встроенного ядра ARM Cortex-M.

Помимо наличия ядра Cortex-M4, система на кристалле имеет блок арифметики с плавающей запятой (FPU). Система собрана для работы со смешанными сигналами в цепях трехфазного управления двигателями, биометрических устройств, промышленных датчиков и аудио-фильтров.

Для схем устройств потребительской электроники, медицины, портативных устройств для фитнеса, систем мониторинга и измерительных приборов - упрощён дизайн, снижено потребление питания и уменьшена спецификация компонентов.

Серия расширит ряд семейства STM32 за счёт внедрения смешанного управления сигналами в схемах. Аналоговые цепи и ядро ARM Cortex-M4 с блоком арифметики FPU ведут к применению среднего и малого объёма памяти, а значит к конкурентным ценам.

Ядро Cortex-M4 с FPU увеличивает возможности зарекомендовавшего себя процессора Cortex-M3 дополнительным функциями процессора DSP, оптимизируя инструкции одного цикла и арифметики с насыщением, а также наращивая производительность устройств на базе STM32 F1 Cortex-M3. Новая серия позиционируется между сериями STM32 F1 и STM32 F4, в которых задействован процессор Cortex-M4 с блоком FPU и большой объём памяти совместно с большой частотой процессора до 168 МГц.

С новыми микроконтроллерами F3, семейство STM32 предлагает более 350 вариантов применения: от начального уровня и бюджетных схем до высокоскоростных и богатых функционалом устройств. Новая серия F3 позволяет компании ST задействовать преимущества устройств STM32 в системах, которые до этого требовали как высокопроизводительного аналогового, так и начального уровня цифрового контроллера сигналов. К таким системам, например, можно отнести схемы управления двигателем и устройства работы с цифровым звуком.

Серия STM32 F3 также получает ряд последних улучшений от производителя относительно цифровой периферии. Майкл Буффа объясняет, что это представляет собой ещё одно преимущество обширной совместимости между всеми микроконтроллерами на базе ядра ARM Cortex-M.

Дальнейшая техническая информация

Семейство STM32 F3 имеющее ядро ARM Cortex-M4 и блок арифметики с плавающей точкой, включает в себя 4 продуктовых линейки, дифференцированных согласно плотности памяти на чипе и интегрированной периферии. За счёт периферии достигается экстремальная аналоговая интеграция, предлагая лучшую в классе производительность и функции 12-битного АЦП с частотой дискретизации 5 млн. сэмплов в секунду. Экстремальная аналоговая интеграция максимизирует гибкость, с которой проектировщики могут применять продвинутые функции систем без добавления дополнительных компонентов на монтажную плату.

Устройства серии STM32 F30x имеют 7 быстрых компараторов со временем отклика 50 нс, 4 полностью настраиваемых усилителя с поддержкой 4-ёх различных настроек усиления и точностью 1%, два 12-битных ЦАП, и четыре 12-битных АЦП с частотой дискретизации 5 млн.сэмп./с. Это самая большая производительность АЦП в любом из микроконтроллеров на базе ядра ARM Cortex-M. Она достигает 18 млн.сэмп./с. в режиме чередования. Устройства также имеют 2 расширенных таймера управления двигателями, работающих на частоте 144 МГц. Это позволяет одному микроконтроллеру управлять двумя двигателями и осуществлять компенсацию коэффициента мощности посредством встроенной аналоговой периферии. Это может пригодиться в схемах бытовой техники. Среди прочих характеристик расширенных таймеров, разрешение по времени лучше 7 нс. Это позволяет таким устройствам, как блоки питания цифровых устройств в инфраструктуре телекоммуникаций и серверов данных, микро-инверторы солнечной энергетики и системы светодиодного освещения – получать преимущества от масштабируемости, малого потребления питания и эффективной по цене производительности семейства STM32.

Для содействия разработчикам в плане оптимизации времени выполнения кода, в устройствах STM32 F30x имеется 8 КБ памяти SRAM, назначенной на шину инструкций (CCM-SRAM). Критически-важные процедуры, загруженные в память CCM при запуске, могут выполняться на полной скорости с нулевыми статусами ожидания, достигая 94 млн. оп./сек (по тесту Dhrystone) при частоте 72 МГц. Можно сравнить это с 62 млн. оп./сек при выполнении из флэш-памяти либо SRAM. Прирост производительности эквивалентен 52%. Серия STM32 F30x также имеет до 40 КБ памяти SRAM, назначенной на шину данных. Память CCM-SRAM, в свою очередь, может использоваться для хранения данных, тогда не будет прироста производительности. Устройства совместимы по выводам с серией STM32 F1, а также используют общий интерфейс API, что упрощает миграцию к более мощным системам.

Периферийные функции

Устройства серии STM32 F37x обладают несколько другими наборами периферийных функций. Это первые микроконтроллеры компании ST со встроенными 16-битными sigma-delta АЦП, что позволяет семейству STM32 решать более широкий ряд задач в точных системах и предоставлять решение на одном чипе, способное заменить дискретный процессор либо АЦП. На чипе может интегрироваться до трёх 16-битных sigma-delta АЦП c отдельным аналоговым питанием в диапазоне 2,2 – 3,6 В, до 21 одиночных или 11 дифференциальных каналов при 7 программируемых уровней усиления на канал.

К остальной аналоговой периферии устройств STM32 F37x относятся 2 быстрых компаратора, три 12-битных ЦАП, один 12-битный АЦП с частотой 1 млн. сэмп./с. Есть также улучшенный блок управления потребительской электроникой, что делает применение устройства идеальным для потребительских мультимедийных устройств. По сравнению с серией STM32 F1, устройства STM32 F37x предлагают систему на кристалле, позволяющую разработчикам уменьшить количество элементов в спецификации и упростить схемы плат.

Ключевые характеристики устройств STM32 F30x/F37x:

- Наличие памяти CCM-SRAM и SRAM с разрядом чётности для безопасного выполнения кода и обмена данными;

- Блок защиты памяти (MPU);

- Возможность работать с сенсорными системами (до 24 клавиш);

- Поддержка шин USB и CAN;

- Периферия для коммуникации: SPI 18 Мбит/с, I2C 1 МГц (быстрый режим), USART 9 Мбит/с;

- Балансируемые часы реального времени (RTC) с аппаратным календарём;

- Четыре режима с пониженным потреблением питания, один из которых (STOP) имеет потребление 5 мкА и возможность быстро «просыпаться» от сигналов внешнего оборудования;

- Режим отладки: отладка по последовательному интерфейсу (SWD), интерфейсы JTAG, Cortex ETM;

- Поддержка питания: 2,0 – 3,6 В либо 1,8 В ±8% (особый тип)

Цены на серию STM32 F30x стартуют от 2,54 долл. за устройство STM32F302 с памятью 128 КБ в корпусе LQFP48 до 3,86 долл. за STM32F303 с памятью 256 КБ в корпусе LQFP100. Заказ от 1000 шт. Цены на серию STM32 F37x начинаются с 2,24 долл. за STM32F372 в корпусе LQFP48 и памятью 64 КБ до 3,69 долл. за STM32F373 в корпусе LQFP100 с памятью 256 КБ. Другие стоимости за партии с большим количеством в заказе, доступны по запросу.

Устройства обеих серий проходят испытания у основных заказчиков. Серийный выпуск намечен на третий квартал 2012 года.