STM32F4 - granica 2 MB Flash pokonana

Rys. 1. Zestawienie cech dostępnych modeli mikrokontrolerów STM32F4

Mikrokontrolery STM32F4 są pierwszą w ofercie STMicroelectronics - i jedną z pierwszych dostępnych na rynku - mikrokontrolerową platformą sprzętową wyposażoną w rdzeń Cortex-M4F ("F" oznacza, że w CPU zintegrowano koprocesor zmiennoprzecinkowy FPU zgodny z IEE754). Jednostki CPU w mikrokontrolerach STM32F4 mogą być taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości do 168 MHz, mikrokontrolery wyposażono także w zaawansowane bloki peryferyjne, pamiętając jednak o zachowaniu ich kompatybilności z rodziną STM32F2 (wyposażona w nieco wolniejsze - 120 MHz - rdzenie Cortex-M3).

W ramach rodziny STM32F4 producent oferuje 33 typy mikrokontrolerów, wyposażonych w pamięć Flash o maksymalnej pojemności od 512 KB do 2 MB, pamięć SRAM o pojemności 192 lub 256 KB, montowanych w obudowach o liczbie wyprowadzeń od 64 (obudowa LQFP) do 176 (obudowy LQFP i BGA). Zestawienie dostępnych obecnie wersji mikrokontrolerów STM32F4 pokazano na rysunku 1.

Mikrokontrolery o skrajnie bogatym wyposażeniu w zasoby pamięciowe należą do podrodziny STM32F42x oraz STM32F43x, producent zastosował w nich także kilka modyfikacji zwiększających ich możliwości funkcjonalne. Układy z ostatnią cyfrą "9" w oznaczeniu (STM32F439) są odpowiednikami układów z ostatnią cyfrą "7", ale dodatkowo wyposażonymi w wewnętrzny kontroler LCD-TFT.

Rys. 2. Schemat blokowy mikrokontrolerów STM32F4x9

Jest to bardzo zaawansowany element nowych mikrokontrolerów, umożliwiający wyświetlanie kolorowych obrazów z częstotliwością do 60 ramek na sekundę (fps), wyposażony w lokalną tabelę definicji kolorów C-LUT o organizacji 256×24 bity, system definiowanego przez użytkownika ditheringu (2 bity/składową koloru), możliwość przygotowywania obrazów do wyświetlania w dwóch warstwach (możliwość uzyskania efektu PiP oraz nakładania obrazów z przezroczystością) i aż 8 obsługiwanych formatach definicji kolorów: ARGB8888, RGB888, RGB565, ARGB1555, ARGB4444, L8, A88 i A44.

Wysoką wymaganą prędkość transferu danych niezbędnych do wyświetlania obrazów pomaga uzyskać dodatkowy kanał DMA o nazwie DMA-2D, który zwalnia CPU z realizacji zadań związanych z odświeżaniem zawartości wyświetlacza. Konstrukcja DMA-2D pozwala wykorzystać go jako prosty koprocesor graficzny sprzętowo realizujący funkcje wypełniania i kopiowania zadanych obszarów, kopiowania obszarów z konwersją formatu wyświetlania, a także łączenia obrazów z różnych źródeł.

Mikrokontrolery F427 i F437 - poza standardowym zestawem bloków peryferyjnych - wyposażono także w 6 interfejsów SPI i aż 8 UART-ów, wszystkie ich wewnętrzne timery mogą być taktowane z taką samą częstotliwością maksymalną jak rdzeń (do 168 MHz). Interfejsy I²C wyposażono w cyfrowe filtry sygnałów SCL i SDA, a koprocesor kryptograficzny obsługuje - poza dotychczasowymi ECB, CBC i CTR - także tryby AES-GCM (Galois/Counter Mode, który jest wykorzystywany m.in. w protokole sieciowym IEEE 802.1AE) oraz AES-CCM (Combined Cipher Machine).

Fot. 3. Wygląd zestawu STM32437I-EVAL

Długość klucza w trybie AES może wynosić 128, 192 lub 256 bitów, w trybie 3DES 64, 128 lub 192 bity, a w trybie DES 64 bity. Nowością są także rejestry na wejściu i wyjściu koprocesora kryptograficznego, które bez dodatkowych zabiegów przestawiają fragmenty słów danych, dostosowując je do wymogów algorytmów szyfrujących.

Mikrokontrolery F429 i F439 - poza dotychczas wymienionymi - wyposażono także w interfejsy zewnętrznych pamięci SDRAM oraz nowy zaawansowany interfejs cyfrowego audio (Serial Audio Interface) obsługujący m.in. protokoły: PCM, TDM, AC'97 oraz SPDIF.

Ze względu na wyposażenie nowych mikrokontrolerów w interfejs zewnętrznych pamięci SDRAM (a także NOR/NAND Flash, PSRAM oraz SRAM) będą one montowane w obudowach o liczbie pinów od 100 do 216, co pozwoli dołączyć do nich pamięci z 32-bitowymi magistralami danych (obudowy z 216, 208 i 176 pinami) lub 16-bitowymi (pozostałe wersje obudów).

Zewnętrzne pamięci mogą być niezbędne w przypadku m.in. współpracy mikrokontrolera z wyświetlaczami LCD-TFT o większych rozdzielczościach (jak to pokazano w tabeli 1). Uproszczony schemat blokowy nowych mikrokontrolerów STM32F4 pokazano na rysunku 2.

Narzędzia

Firma STMicroelectronics wraz z rozpoczęciem produkcji nowych modeli mikrokontrolerów STM32F4 wprowadziła do ograniczonej sprzedaży zestawy startowe z mikrokontrolerami STM32F437IIH6 (STM32437IEVAL - fotografia 3) z dołączoną zewnętrzną pamięcią SRAM o pojemności 16 Mb oraz 64 Kb EEPROM, złączami dla MicroSD i kart inteligentnych zgodnych z ISO/IEC14443 A/B, interfejsem sieciowym IEEE 802.3-2002, dwoma kanałami CAN 2.0 A/B (w jednym złączu DB9), diodami LED, bezprzewodowym interfejsem komunikacyjnym IrDA, kompletnym interfejsem RS232, USB-OTG FS/HS (złącze AB), kompletnym torem cyfrowego audio, interfejsem kamery CCD, kolorowym wyświetlaczem LCD-TFT o przekątnej 3,2 cala (240×320 px) zintegrowanym z rezystancyjnym touch panelem.

To tylko fragment wyposażenia tego zestawu, jego szczegółową prezentację i dane techniczne można znaleźć na stronie producenta. Zgodnie z informacjami jakie uzyskaliśmy od firmy STMicroelectronics, prezentowany zestaw jest przeznaczony dla ograniczonego grona klientów, docelowo zostanie zastąpiony zestawem STM32F439I-EVAL (o niemal identycznej konstrukcji z zastosowanym innym mikrokontrolerem). Producent planuje także wprowadzić do produkcji kolejny tani zestaw z serii Discovery, wyposażony w jeden z nowych mikrokontrolerów STM32F4.

Piotr Zbysiński