Успех компании STMicroelectronics на рынке микроконтроллеров обеспечен не только огромным перечнем предлагаемых моделей, но и широким спектром отладочных программных и аппаратных средств, позволяющих создавать и отлаживать резидентное программное обеспечение. В статье пойдет речь об отладочных платах серий Discovery, Nucleo и Evaluation Boards.
Микроконтроллеры STM32
Компания STMicroelectronics занимается разработкой, изготовлением и продажей полупроводниковых и микроэлектронных компонентов. Компания занимает лидирующую позицию по выпуску микроконтроллерной продукции в мире и электронных компонентов в Европе.
Микроконтроллеры семейства STM32 производятся компанией STMicroelectronics начиная с 2007 года и объединяются в серии, каждая из которых базируется на одном и том же 32-битном ядре ARM, имеющим разные модификации: Cortex-M0, Cortex-M0+, Cortex-M3, Cortex-M4F, Cortex-M7F. На данный момент номенклатура контроллеров STM32 представляет собой перечень из более чем десяти серий. Каждая из серий обладает своими отличительными особенностями. На рисунке 1 приведен перечень микроконтроллеров компании STMicroelectronics, относящихся к семейству STM32.
Рис. 1. Серии микроконтроллеров STM32
Для понимания различий между сериями приведем их краткую характеристику .
Малопотребляющие микроконтроллеры семейств STM32L. Данная группа объединяет семейства, ориентированные, в первую очередь, на достижение минимального уровня потребления. Для этого используются различные методы: динамическое управление напряжением питания, гибкая система тактирования, специализированная периферия (LP-Timer, LP-UART), развитая система режимов пониженного потребления и так далее.
STM32L0 – семейство, построенное на базе ядра Cortex®-M0+ с рабочей частотой до 32 МГц и объемом Flash 8…192 кбайт. Представители семейства являются прямыми конкурентами 16-битным контроллерам и в большинстве случаев превосходят их как по производительности, так и по минимальному уровню потребления.
STM32L1 – семейство с ядром Cortex®-M3 с рабочей частотой до 32 МГц и объемом Flash 32…521 кбайт. При равной рабочей частоте данное семейство по уровню производительности мало уступает традиционным линейкам STM32F с тем же ядром, но отличается более малым потреблением.
STM32L4 – микроконтроллеры со сверхпроизводительным ядром Cortex®-M4 и объемом Flash 128 кбайт…1 Мбайт. Производительность этого семейства достигает 177 ULPMark/273 CoreMark, что превосходит даже производительность контроллеров из базовых семейств STM32F.
Базовые семейства STM32F0, STM32F1, STM32F3. Данная группа включает семейства со сбалансированными характеристиками и компромиссным значением производительности/потребления/цены.
STM32F0 – наиболее маломощное с точки зрения производительности семейство. Оно построено на базе ядра Cortex®-M0 с рабочей частотой всего 48 МГц и имеет объем Flash-памяти 16…256 кбайт. Основное назначение этих микроконтроллеров – вытеснение 8- и 16-битных систем из традиционных бюджетных приложений. Стоимость отдельных представителей STM32F0 составляет всего 0,5$.
STM32F1 – исторически первая линейка 32-битных микроконтроллеров от ST. Именно семейство STM32F1, построенное на ядре Cortex-M3 с рабочей частотой до 72 МГц, подтолкнуло многих разработчиков уйти от 8-битных ядер. В настоящий момент семейство объединяет представителей с объемом Flash 16 кбайт…1 Мбайт.
STM32F3 – семейство микроконтроллеров для работы с аналоговыми сигналами. Для этого к услугам разработчиков – ядро Cortex®-M4 с рабочей частотой до 72 МГц, блоком вычислений с плавающей запятой и поддержкой DSP-инструкций. Кроме того, STM32F3 обладают наиболее богатой аналоговой периферией, в том числе – 16-битными ΣΔ-АЦП, сверхбыстродействующими АЦП последовательного приближения со скоростью преобразования до 5 миллионов выборок в секунду.
Высокопроизводительные семейства STM32F2, STM32F4, STM32F7, STM32H7 ориентированы на достижение максимального быстродействия. Впрочем, стоит отметить, что существуют и отдельные линейки внутри указанных семейств, которые были нацелены на снижение динамического потребления, например, STM32F401.
STM32F2 построено на базе «разогнанного» до 120 МГц ядра Cortex®-M3. По характеристикам и набору периферии STM32F2 представляет собой дальнейшее развитие STM32F1. Объем памяти для представителей семейства составляет 128 кбайт…1 Мбайт.
STM32F4 – чрезвычайно богатое семейство, построенное на ядре Cortex®-M4 и объединяющее почти полторы сотни микроконтроллеров. Представители семейства объединены в несколько линеек, оптимизированных по различным параметрам: уровню интеграции, уровню потребления, производительности. Сейчас к услугам разработчиков предоставлены модели с рабочими частотами 168…180 МГц и объемом памяти до 2 Мбайт. Перечень периферии очень сильно отличается от линейки к линейке. Самые скромные микроконтроллеры имеют на борту только самое нужное: коммуникационные интерфейсы, таймеры, порты ввода/вывода. Самые продвинутые модели могут похвастаться графическим ускорителем, контроллером TFT, развитой аудиосистемой, продвинутым контроллером внешней памяти и тому подобным.
STM32F7 – сверхпроизводительное семейство на базе ядра Cortex®-M7 с рабочей частотой до 216 МГц и объемом Flash до 2 МБайт. Перечень периферии данного семейства поражает своим многообразием: USB, Ethernet, CAN, HDMI, DFSDM, ЕАЕ-контроллер, графический ускоритель, контроллер внешней памяти FMC и так далее. Семейство STM32F7 оставалось наиболее мощным в номенклатуре STMicroelectronics до появления STM32H7.
STM32H7 – флагманское семейство производства компании STMicroelectronics. Микроконтроллеры этой серии выполняются по топологическим нормам 40 нм, что позволило повысить быстродействие и снизить потребление. Так, например, производительность STM32H743 имеет рекордное значение 856 DMIPS.
Ключевыми нововведениями STM32H7 по сравнению с STM32F7 являются:
- повышение рабочей частоты до 400 МГц;
- увеличение объема ОЗУ до 1 Мбайт;
- появление новой периферии, в частности высокоточного таймера HR с максимальной рабочей частотой 400 МГц и разрешением 2,5 нс. Данный таймер ориентирован на сверхпрецизионные ШИМ-приложения, в том числе – резонансные преобразователи;
- расширение коммуникационных возможностей. Например, CAN-контроллер теперь поддерживает не только традиционные протоколы ISO 11898-1 (CAN 2.0 A, B), но и CAN FD 1.0 и TTCAN (ISO 11898-4). CAN FD – версия протокола, призванная увеличить скорость передачи данных: в реальных условиях удается получить до 12 Мбит/с. Протокол TTCAN (time triggered CAN) необходим для увеличения детерминированности при передаче данных, так как классический CAN работает с жесткой системой приоритетов, что не позволяет работать в реальном времени при большом объеме траффика. При использовании TTCAN на шине присутствует мастер, который контролирует «глобальное» время и выполняет арбитраж, при котором каждое устройство гарантированно сможет получить доступ к шине.
Линейка микроконтроллеров STM32 постоянно расширяется, и та производительность, которая вчера казалась фантастикой, уже сегодня становится обыденностью. STM32 обладает огромным количеством моделей и насчитывает на данный момент более семисот представителей. Благодаря такому многообразию каждый инженер, исходя из предъявляемых к будущему устройству требований, – уровня производительности, уровня интеграции, энергопотребления и/или стоимости, – может подобрать микроконтроллер с оптимальными характеристиками практически для любого приложения. Среди иных преимуществ STM32:
- Десятилетняя гарантия выпуска на абсолютно все серии линейки STM32:
Такая гарантия существенно важна (а во многих случаях и необходима) для изделий автомобильной и станкостроительной промышленности, где жизненный цикл разработок составляет от десяти до двадцати лет. Если проводить аналогию с коммерческими отраслями, где цикл жизни электронных изделий составляет около пяти лет, то станет ясно, что если следовать критериям рынка коммерческих решений и, соответственно, прекращать выпуск компонентов, входящих в элементную базу, уже через 5 лет, то такие промышленные устройства, как станки ЧПУ, электропривод, модули связи и так далее не смогут окупаться, не говоря уже о принесении прибыли. Через 5 лет, в случае выхода из строя, также сложно будет устранить поломку (из-за отсутствия запасных частей) или найти аналогичную модель на замену.
- Большой перечень утилит и систем для разработки, включающий в себя в том числе находящееся в свободном доступе бесплатное программное обеспечение. В перечень входят продукты от компании ST, а также различные решения от сторонних производителей. Также в последнее время все большую популярность получают открытые для редактирования платформы разработки и утилиты от различных разработчиков, доступные для скачивания в сети.
- Широкая поддержка со стороны производителя в информационной сфере: документация на продукты компании, руководства по применению, универсальные готовые решения, примеры подключения и т.д., а также тематические форумы и паблики, создаваемые самими пользователями.
- ST предлагает большое количество плат для отладки и ознакомления с работой своих контроллеров: Nucleo, Discovery и Evaluation Boards. Отладочные платы этих семейств имеют приемлемую стоимость и обладают возможностью глубокого взаимодействия с программным обеспечением, поставляемым компанией. Также платы поддерживаются системами разработки ПО от сторонних производителей (Olimex, Keil, IARи т.д).
На последнем пункте стоит заострить особое внимание: во многом популярность контроллеров производства ST, в частности – семейства STM32, обусловлена наличием возможности быстрого старта, который обеспечивается именно отладочными платами. Благодаря им пользователь может оперативно освоить работу контроллера, отладить свою программу и даже создать прототип будущего устройства. На данный момент произведено более одного миллиона отладочных комплектов, базирующихся на STM32. Упомянутые комплекты представляют собой часть платформы ODE (Open Development Environment). Данная платформа значительно облегчает процесс знакомства и последующей работы с контроллерами семейства STM32, а также с другими решениями компании ST, являющимися частью платформы.
Средства отладки и разработки для микроконтроллеров STM32 (Часть 1)
Средства отладки и разработки для микроконтроллеров STM32 (Часть 2)
Средства отладки и разработки для микроконтроллеров STM32 (Часть 3)