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《stm32嵌入式系統開發實戰指南》一1.3 STM32互聯型嵌入式控制器

半導體制造廠商意法半導體(st)是率先推出基于cortex-m3的32位微控制器系列産品的廠家之一。stm32系列産品所用的微處理器是arm公司為要求高性能(1.25 dmips/mhz)、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的cortex-m3核心。stm32系列産品得益于cortex-m3在體系結構上進行的多項改進,所有新功能都同時具有優良的功耗水準。本節着重介紹意法半導體stm32互聯型嵌入式控制器的特色及主要的工程應用。

stm32互聯型嵌入式控制器讓設計人員可以在同時需要以太網、usb、can和音頻級i2s接口的産品設計中發揮工業标準的32位微處理器的優異性能。目前stm32下設兩個産品系列:stm32fxx5和stm32fxx7。stm32fxx5系列大多內建一個全速usb 2.0 host/device/otg接口和兩個具有先進過濾功能的can2.0b控制器;stm32fxx7系列則在stm32fxx5系列基礎上增加一個10/100m以太網子產品(mac),以完整的硬體支援ieee1588精确時間協定,使設計人員能夠為實時應用開發以太網連接配接功能。内置專用緩存讓usb otg、兩個can控制器和以太網接口同時工作,以滿足通信應用的需求,以及各種需要靈活的工業标準連接配接功能的挑戰性需求。

stm32系列産品按性能可分為兩個不同的系列:“增強型”系列和“基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72mhz,是同類産品中性能最高的産品;基本型系列時鐘頻率為36mhz,以16位産品的價格得到比16位産品大幅提升的性能,是16位産品使用者的最佳選擇。兩個系列都内置32kb~128kb的閃存,不同的是sram的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72mhz時,從閃存執行代碼,stm32功耗僅有36ma,是32位市場上功耗最低的産品,相當于0.5ma/mhz。

cortex-m3核心主要應用于存儲器和處理器的尺寸對産品成本影響極大的各種應用市場,是針對這些市場的低成本需求而專門開發設計的微處理器核心。cortex-m3核心增強了晶片上內建的各種功能,包括把中斷之間延遲降到6個cpu時鐘周期的嵌套向量中斷控制器、允許在每一個寫操作中修改單個資料位的獨立位操作、分支指令預測、單周期乘法、硬體除法和高效的thumb-2指令集,這些改良技術使cortex-m3核心具有優異的性能、代碼密度、實時性和低功耗,圖1.4和圖1.5為stm32f10x 控制器核心及片内外設結構圖和stm32系列核心控制器系列性能對比。

stm32采用2.0~3.6v電源,當複位電路工作時,在待機模式下最低功耗2μa,是以非常适合由電池供電的應用裝置。其他省電功能包括一個內建的實時時鐘、一個專用的32khz振蕩器和四種功率模式,其中實時時鐘包括一個電池操作專用引腳。

在性能方面,stm32系列産品的處理速度比同級别的基于arm7tdmi的産品快30%,換句話說,如果處理性能相同,stm32系列産品功耗比同級别産品低75%。同樣,通過使用新核心的thumb-2指令集,設計人員可以把代碼容量降低45%,這幾乎把應用軟體所需記憶體容量減少了一半。此外,根據dhrystones和其他性能測試結果可知,stm32的性能比最優秀的16位架構至少高出一倍。

《stm32嵌入式系統開發實戰指南》一1.3 STM32互聯型嵌入式控制器
《stm32嵌入式系統開發實戰指南》一1.3 STM32互聯型嵌入式控制器

stm32系列的新産品提供多達128kb的嵌入式閃存、20kb的ram和豐富的外設接口,包括兩個12位模數轉換器(1μs的轉換時間)、3個usart、2個spi (18mhz主/從控制器)、2個i2c、3個16位定時器(每個定時器有4個輸入捕獲子產品、4個輸出比較器、4個pwm控制器),以及一個專門為電機控制向量驅動應用設計的内嵌死區時間控制器的6-pwm定時器、usb、can和7個dma通道。内置複位電路包括上電複位、掉電複位和電壓監控器,以及一個可用作主時鐘的高精度工廠校準的8mhz阻容振蕩器、一個使用外部晶振的4~16mhz振蕩器和兩個看門狗。由于內建度非常高,除一個電源外,lqfp100封裝産品的最小系統隻需要7個電容器。

除工業可程式設計邏輯控制器(plc)、家電、工業及家用安全裝置、消防和暖氣通風空調系統等傳統應用,以及智能卡和生物測定等消費電子與pc應用外, stm32系列的新産品還特别适合側重低功耗的裝置,如血糖和血脂監測裝置。

stm32系列産品配有成套的st和第三方開發工具。st提供一個評估闆、usb開發工具包和一個免費的軟體庫。hitex、iar、keil和raisonance不久将在經過驗證的基于arm核心的工具解決方案的基礎上推出入門級開發工具。目前hitex、iar、keil、raisonance和rowley的工具鍊均支援stm32系列。

stm32的兩個系列産品都采用lqfp48、lqfp64、lqfp100和bga100封裝,均有32kb、64kb和128kb的嵌入式閃存可供選擇。lqfp封裝産品的經銷商定價區間是(10 000件)1.80美元(基本型系列,32kb閃存,48引腳)~3.60美元(增強型系列,128kb閃存,100引腳)。

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