Ofensywa STM32F

| Technika

Kilka tygodni temu poruszenie wśród konstruktorów wywołała informacja o poszerzeniu rodziny STM32 o mikrokontrolery wyposażone w rdzeń Cortex-M0 (rodzina STM32F0), teraz jest już pewne, że po wakacjach do produkcji trafią mikrokontrolery należące do kolejnej podrodziny, oznaczonej symbolem STM32F3.

Ofensywa STM32F

Rys. 1. Schemat blokowy mikrokontrolerów STM32F051

Mikrokontrolery STM32F0 są piątą w ofercie STMicroelectronics podrodziną układów z rdzeniem Cortex-M (Cortex-M0), która uzupełnia doskonale już znane na rynku serie STM32F1, STM32F2, STM32F4 i STM32L1 - z których wszystkie wyposażono w rdzeń Cortex-M3.

Rodzina STM32F0 składa się z trzech linii mikrokontrolerów:

  • STM32F050 - wyposażonych - poza standardowymi peryferiami (rysunek 1) - także w 12-bitowy przetwornik A/C o czasie próbkowania 1 ms,
  • STM32F051 - wyposażonych dodatkowo także w 12-bitowy przetwornik C/A i komparatory analogowe,
  • STM32F052 - charakteryzujących się wbudowanym - obok przetworników A/C, C/A i komparatorów analogowych - interfejsem USB FS.

Rdzeń zastosowany w mikrokontrolerach STM32F0 jest przystosowany do taktowania sygnałem zegarowym o częstotliwości do 48 MHz. Osiąga on wydajność ok. 38 DMIPS - 0,9 DMIPS/MHz, co umożliwiło uzyskanie 68 punktów w testach CoreMark.

Standardowym wyposażeniem mikrokontrolerów z rodziny STM32F0 jest 5-kanałowy kontroler DMA, szybki - do 1 Mb/s - interfejs I²C (z wysokoprądowymi liniami SDA/SCL), interfejs SPI z obsługą CEC-HDMI i elastycznie ustawianą długością ramki danych (od 4 do 16 bitów @24 Mb/s), szybki USART (do 6 Mb/s), programowalne 16-/32-bitowe timery z możliwością generacji 3-fazowego przebiegu PWM i 17 liniami capture/compare, a także wygodny w obsłudze wbudowany RTC z kalendarzem zliczającym w kodzie BCD.

W skład standardowego wyposażenia nowych mikrokontrolerów wchodzą także szybkie linie GPIO, łącznie do 55, w tym do 36 z tolerancją 5V, z możliwością obsługi nastawników pojemnościowych (także suwaków i "obrotowych") i sprzętowy kontroler PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor). Aż 16 linii GPIO jest obsługiwanych z poziomu magistrali AHB, dzięki czemu ich obsługa jest niezwykle szybka.

Interfejs USART może współpracować z transceiverami IrDA, przy czym można go wykorzystać do bezpośredniej obsługi kodów zdalnego sterowania, a także wybudzania rdzenia z trybu STOP. W zależności od typu mikrokontrolera, użytkownik ma do dyspozycji od 8 do 64 kB Flash (z perspektywą na 256 kB), 4 lub 8 kB SRAM (w planach do 20 kB) i obudowy o liczbie pinów od 32 (UFQFPN32), przez 48 (LQFP48), do 64 (LQFP64).

Producent zapowiada wdrożenia także wersji w obudowie z 20 wyprowadzeniami (8 i 16 kB Flash) oraz 100 wyprowadzeniami (128 kB Flash). Co ważne, producent deklaruje kompatybilność pin-to-pin mikrokontrolerów STM32F0 z mikrokontrolerami z pozostałych rodzin w takich samych obudowach.

Fot. 2. Wygląd płytek zestawu STM32F0DISCOVERY

Nowe mikrokontrolery wyposażono w interfejs do programowania-debugowania o nazwie SWD, który występuje także w starszych mikrokontrolerach STM32, nie wbudowano w nie JTAG-a. Interfejs SWD jest obsługiwany m.in. przez programatory USB: J-Link oraz ST-Link/V2 (a także jego ścisły, krajowy odpowiednik: ZL30PRGv2).

Zastosowanie w mikrokontrolerach STM32F0 stosunkowo niewielkiego rdzenia pozwoliło uzyskać niewielki pobór prądu, który producent deklaruje na poziomie ok. 5,3 mA w trybie Stop, poniżej 2 mA w trybie Standby i ok. 190 mA/MHz podczas normalnej pracy (dla samego rdzenia). Napięcie zasilania prezentowanych układów powinno się mieścić w zakresie 2,0...3,6 VDC, dopuszczalne zakresy temperatur pracy to: -40...+85°C lub -40...+105°C.

Producent dużo uwagi skierował na zapewnienie bezpieczeństwa aplikacji, w których pracują mikrokontrolery STM32F0, co przejawia się m.in. wyposażeniem pamięci SRAM w sprzętowy kontroler parzystości, kontroler CRC dla pamięci Flash, dwa watchdogi i system monitorowania poprawności taktowania z automatycznym przełączaniem na wewnętrzne źródło sygnału zegarowego.

Firma STMicroelectronics przygotowała dla użytkowników chcących szybko i wygodnie poznać możliwości nowych mikrokontrolerów zestawy z serii Discovery (STM32F0DISCOVERY - fot. 2), które charakteryzują się niską ceną i przygotowanym przez producenta zestawem przykładowych aplikacji (jest ich obecnie 21 dla 3 różnych IDE).

Dla użytkowników o większych możliwościach finansowych producent przygotował pełnowymiarowy zestaw ewaluacyjny o bogatym wyposażeniu oznaczony symbolem STM320518-EVAL (fot. 3). Obydwa zestawy wyposażono w mikrokontrolery STM32F051R8T6 (Flash o pojemności 64 kB i SRAM o pojemności 8 kB, obudowa LQFP64), w obydwu zintegrowano programatory-debuggery JTAG/SWD z interfejsem USB, które są zgodne ze standardem ST-Linkv2. Zastosowanie tego programatora zapewnia łatwą integrację obydwu zestawów z większością popularnych środowisk programistycznych.

STM32 i edukacja

W połowie maja 2012 firma STMicroelectronics we współpracy ze swoim partnerem edukacyjnym - firmą Kamami.pl - zorganizowała w Białowieży spotkanie szkoleniowe z grupą wykładowców i doktorantów zajmujących się na uczelniach aplikacjami mikrokontrolerowymi.

W spotkaniu udział wzięli pracownicy naukowi pracujący w krajowych uczelniach: AGH, Politechniki Gdańskiej, Politechniki Koszalińskiej, Politechniki Warszawskiej, Politechniki Wrocławskiej, Uniwersytetu Warszawskiego oraz WAT.


Jednym z najważniejszych celów spotkania była wzajemna wymiana doświadczeń, a także poznanie oferty oraz planów wdrożeniowych producenta, którego mikrokontrolery i podzespoły MEMS cieszą się w Polsce ogromną popularnością.

Więcej nowości

Fot. 3. Wygląd zestawu STM320518-EVAL

Drugą tegoroczną nowością - dziś jeszcze w zapowiedziach - są mikrokontrolery STM32F3 produkowane w technologii o wymiarze charakterystycznym 180 nm, których "sercem" jest rdzeń Cortex-M4F (z wbudowaną FPU) znany z rodziny STM32F4. Rdzeń tych mikrokontrolerów jest przystosowany do taktowania sygnałem zegarowym o maksymalnej częstotliwości do 72 MHz, czym przypominają mikrokontrolery z serii STM32F1 i - co interesujące - są z nimi kompatybilne mechanicznie i elektrycznie.

Podobne jest także ich wyposażenie wewnętrzne, przy czym większość interfejsów konstrukcyjnie odświeżono (zlikwidowano m.in. słynny w STM32 problem z I²C, a w interfejsie SPI można programować długość ramki danych), zastosowano także nowe peryferia analogowe, m.in.: analogowy wzmacniacz PGA, 12-bitowe szybkie przetworniki A/C i C/A (do 5 Ms/s), niektóre mikrokontrolery STM32F3 wyposażono także w 16-bitowy przetwornik A/C typu S-D, timer o rozdzielczości poniżej 1 ns oraz umożliwiające łatwą implementację nastawników i klawiatur dotykowych (typu CT).

Nowe timery AMC (Advanced Motor Control) zastosowane w mikrokontrolerach STM32F3 mogą być taktowane sygnałami zegarowymi o częstotliwości 144 MHz, możliwe jest także - za pomocą bezpiecznika OTP - nieodwracalne odłączenie interfejsu JTAG i unieruchomienie bootloadera, dzięki czemu program i dane przechowywane w bateryjnie podtrzymywanym SRAM są chronione przed skopiowaniem.

Plany na przyszłość

Z nieoficjalnych materiałów informacyjnych wynika, że mikrokontrolery STM32F3 będą wyposażone w pamięć Flash o pojemności do 256 kB, SRAM o łącznej pojemności do 40 kB, a niektóre modele (STM32F30x) także w 8 kB szybkiej pamięci CCM-SRAM (Core Coupled Memory), z której program może być wykonywany z prędkością równoważną taktowaniu CPU sygnałem o częstotliwości 90 MHz.

Duża szybkość taktowania pamięci CCM-SRAM wynika z tego, że dołączono ją bezpośrednio do magistrali I-bus rdzenia Cortex-M4F. Z tego krótkiego przeglądu nowości wyraźnie wynika, że tegoroczne wdrożenia firmy STMicroelectronics otwierają konstruktorom nowe możliwości aplikacyjne, z których część była dla mikrokontrolerów do niedawna niedostępna. Czekamy na ciąg dalszy.

Piotr Zbysiński