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《stm32嵌入式系统开发实战指南》一1.3 STM32互联型嵌入式控制器

简介: 本节书摘来自华章出版社《stm32嵌入式系统开发实战指南》一书中的第1章,第1.3节,作者 李志明 檀永 徐石明,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

1.3 STM32互联型嵌入式控制器

半导体制造厂商意法半导体(ST)是率先推出基于Cortex-M3的32位微控制器系列产品的厂家之一。STM32系列产品所用的微处理器是ARM公司为要求高性能(1.25 DMIPS/MHz)、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的Cortex-M3内核。STM32系列产品得益于Cortex-M3在体系结构上进行的多项改进,所有新功能都同时具有优良的功耗水平。本节着重介绍意法半导体STM32互联型嵌入式控制器的特色及主要的工程应用。
STM32互联型嵌入式控制器让设计人员可以在同时需要以太网、USB、CAN和音频级I2S接口的产品设计中发挥工业标准的32位微处理器的优异性能。目前STM32下设两个产品系列:STM32FXX5和STM32FXX7。STM32FXX5系列大多集成一个全速USB 2.0 Host/Device/OTG接口和两个具有先进过滤功能的CAN2.0B控制器;STM32FXX7系列则在STM32FXX5系列基础上增加一个10/100M以太网模块(MAC),以完整的硬件支持IEEE1588精确时间协议,使设计人员能够为实时应用开发以太网连接功能。内置专用缓存让USB OTG、两个CAN控制器和以太网接口同时工作,以满足通信应用的需求,以及各种需要灵活的工业标准连接功能的挑战性需求。
STM32系列产品按性能可分为两个不同的系列:“增强型”系列和“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品;基本型系列时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能,是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32KB~128KB的闪存,不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时,从闪存执行代码,STM32功耗仅有36mA,是32位市场上功耗最低的产品,相当于0.5mA/MHz。
Cortex-M3内核主要应用于存储器和处理器的尺寸对产品成本影响极大的各种应用市场,是针对这些市场的低成本需求而专门开发设计的微处理器内核。Cortex-M3内核增强了芯片上集成的各种功能,包括把中断之间延迟降到6个CPU时钟周期的嵌套向量中断控制器、允许在每一个写操作中修改单个数据位的独立位操作、分支指令预测、单周期乘法、硬件除法和高效的Thumb-2指令集,这些改良技术使Cortex-M3内核具有优异的性能、代码密度、实时性和低功耗,图1.4和图1.5为STM32F10x 控制器内核及片内外设结构图和STM32系列内核控制器系列性能对比。
STM32采用2.0~3.6V电源,当复位电路工作时,在待机模式下最低功耗2μA,因此非常适合由电池供电的应用设备。其他省电功能包括一个集成的实时时钟、一个专用的32kHz振荡器和四种功率模式,其中实时时钟包括一个电池操作专用引脚。
在性能方面,STM32系列产品的处理速度比同级别的基于ARM7TDMI的产品快30%,换句话说,如果处理性能相同,STM32系列产品功耗比同级别产品低75%。同样,通过使用新内核的Thumb-2指令集,设计人员可以把代码容量降低45%,这几乎把应用软件所需内存容量减少了一半。此外,根据Dhrystones和其他性能测试结果可知,STM32的性能比最优秀的16位架构至少高出一倍。

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STM32系列的新产品提供多达128KB的嵌入式闪存、20KB的RAM和丰富的外设接口,包括两个12位模数转换器(1μs的转换时间)、3个USART、2个SPI (18MHz主/从控制器)、2个I2C、3个16位定时器(每个定时器有4个输入捕获模块、4个输出比较器、4个PWM控制器),以及一个专门为电机控制向量驱动应用设计的内嵌死区时间控制器的6-PWM定时器、USB、CAN和7个DMA通道。内置复位电路包括上电复位、掉电复位和电压监控器,以及一个可用作主时钟的高精度工厂校准的8MHz阻容振荡器、一个使用外部晶振的4~16MHz振荡器和两个看门狗。由于集成度非常高,除一个电源外,LQFP100封装产品的最小系统只需要7个电容器。
除工业可编程逻辑控制器(PLC)、家电、工业及家用安全设备、消防和暖气通风空调系统等传统应用,以及智能卡和生物测定等消费电子与PC应用外, STM32系列的新产品还特别适合侧重低功耗的设备,如血糖和血脂监测设备。
STM32系列产品配有成套的ST和第三方开发工具。ST提供一个评估板、USB开发工具包和一个免费的软件库。Hitex、IAR、Keil和Raisonance不久将在经过验证的基于ARM内核的工具解决方案的基础上推出入门级开发工具。目前Hitex、IAR、Keil、Raisonance和Rowley的工具链均支持STM32系列。
STM32的两个系列产品都采用LQFP48、LQFP64、LQFP100和BGA100封装,均有32KB、64KB和128KB的嵌入式闪存可供选择。LQFP封装产品的经销商定价区间是(10 000件)1.80美元(基本型系列,32KB闪存,48引脚)~3.60美元(增强型系列,128KB闪存,100引脚)。

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