STM32H7 - dwa rdzenie, wiele nowych możliwości
| TechnikaCztery nowe mikrokontrolery dostępne w ramach rodziny STM32H7 jakie pojawiły się właśnie na rynku przynoszą istotny skok jakościowy w zakresie wydajności. STM32H745 i STM32H755 oraz STM32H747 i STM32H757 to pierwsze dwurdzeniowe układy w ofercie ST Microelectronics z rdzeniem Cortex-M7 taktowanym 480 MHz oraz Cortex-M4 z 240 MHz. Osiągają one 3220 punktów w indeksie wydajności CoreMark. Kolejne dwie jednostki STM32H742 i STM32H750 bazujące na tym samym rdzeniu (Cortex-M7 480 MHz), oferują ekonomiczną architekturę, aby rodzina H7 była jeszcze bardziej przystępna.
W 2016 roku mikrokontroler STM32H7 stał się najmocniejszym układem z rdzeniem Cortex-M7 dostępnym na rynku, a jego wydajność przekroczyła próg 2000 punktów CoreMark. Teraz w wybranych układach rodziny STM32H7 mamy dodatkowy rdzeń Cortex-M4.
Najbardziej oczywisty wzrost wydajności wynika z dodania drugiego rdzenia, który zwiększa wynik CoreMark o 800 punktów. Jednak bardzo łatwo pominąć fakt, że poza prostym wzrostem maksymalnej wydajności, dodanie do struktury chipu drugiego, słabszego rdzenia, zapewnia dwurdzeniowej architekturze wyjątkową elastyczność.
Na przykład system embedded może uruchamiać się na dowolnym rdzeniu, a każdy z nich zapewnia inne warunki energetyczne co pozwala znacząco zoptymalizować pobór mocy. Na przykład, gdy aplikacja nie wymaga wydajności Cortex-M7, programiści mogą wyłączyć jego zasilanie bez wpływu na drugi rdzeń. W rezultacie nowe modele dwurdzeniowe zapewniają dynamiczny pobór mocy znacznie lepszy niż jest to w STM32F7.
Ta elastyczność ułatwia też tworzenie oprogramowania. Wykorzystanie wielu rdzeni może wydawać się skomplikowane, ale firmy, które już mają gotowe aplikacje dla STM32 z Cortex-M7 lub Cortex-M4, mogą ponownie wykorzystywać część swojego kodu i budować na nim kolejne wersje. Na przykład firma używająca STM32 Cortex-M4 do sterowania pompą przemysłową może wykorzystać swoją istniejącą aplikację, a następnie uruchomić nowy wyświetlacz i graficzny interfejs użytkownika bazując na Cortex-M7, aby dodać nowe funkcje do swoich produktów bez konieczności przepisywania wszystkiego od nowa.
Warto też zauważyć, że w dwurdzeniowym STM-32H7 (układy STM-23H7x7) pojawił się interfejs szeregowego wyświetlacza MIPI (MIPI-DSI). Pozwala on na wykorzystanie wyświetlaczy o wyższej rozdzielczości i zapewnia niskie zakłócenia elektromagnetyczne, przy jednocześnie niewielkimi poborze mocy, co sprawia, że doskonale nadaje się między innymi urządzeń mobilnych, przenośnych konsol do gier.
W STM32H7x5 i STM32Hx7 są z kolei trzy 16-bitowe przetworniki analogowocyfrowych (do 3,6 MS/s) obecnych w matrycy. Dwa interfejsy FD-CAN i kontroler Ethernetu również zapewniają doskonałą funkcjonalność w zastosowaniach przemysłowych.
Podwójny bank pamięci Flash i Root Security
We wszystkich nowych układach STM32H7 i istniejących STM32H7x3 produkowanych od kwietnia 2019 roku dostępna jest pamięć Flash typu dual bank. Dzieli on pamięć na dwie części. Pozwala to na tworzenie architektury zapewniającej błyskawiczną wymianę oprogramowania firmware na nową wersję. Daje także możliwość stworzenia systemu, gdzie główna część aplikacji działa bez przestojów, a w drugiej dokonują się w tle aktualizacje.
Inną nową funkcją jest Root Security Services (RSS), obecna w jednostkach STM32H7 z rdzeniem kryptograficznym (tj. STM32H75x). Pozwala to zapewnić bezpieczny proces instalacji oprogramowania firmware. Ponieważ MCU przechowuje tutaj unikatowy klucz szyfrujący, producenci elektroniki mogą wysyłać zaszyfrowane oprogramowanie do firmy EMS odpowiedzialnej za produkcję i programowanie mikrokontrolerów, a operacja odszyfrowywania kodu zajdzie tylko wewnątrz MCU, co pomoże chronić własność intelektualną firmy i zapobiec nadużyciom.
Dodatkowo dostępna jest również funkcja licznika ochronnego, dzięki któremu programiści mogą zdefiniować liczbę mikrokontrolerów, które otrzymają oprogramowanie układowe, a licznik zatrzyma operacje instalacji, jeśli system osiągnie założony limit. Funkcja licznika pozwala dowiedzieć się, czy ktoś zainstalował firmware na chipie, który nie należy do ich zasobów, a tym samym może zapobiec wyciekom IP do szarej strefy.
Wyższa dopuszczalna temperatura otoczenia
Kolejne usprawnienia architektury STM32H7 dotyczą parametrów takich jak dopuszczalna temperatura otoczenia przy maksymalnym rozpraszaniu mocy (a więc dla TJmax=125ºC). Górny próg dla poprzednich wersji wynosił 85°C, nowe bezpiecznie działają nawet w 105°C. Wyższa temperatura dopuszczalna to lepsza niezawodność i możliwości aplikacyjne.
Mikrokontrolery mają ponadto wbudowany zasilacz impulsowy do zasilania bloków cyfrowych. Ma on wyższą sprawność od tradycyjnego LDO i pozwala wycisnąć z rdzeni maksimum wydajności. Jego obecność docenia się, gdy konieczne jest zapewnienie pracy w bardzo szerokim zakresie temperatur otoczenia. Możliwe jest zwiększenie maksymalnej temperatury złącza do 140°C przy ograniczeniu częstotliwości taktowania do 300 MHz.
Narzędzia rozwojowe
Do prac projektowych z siedmioma dwurdzeniowymi mikrokontrolerami przeznaczone są płytki rozwojowe STM32H747IEVAL lub STM32H747I-DISCO. Ta ostatnia jest ciekawa, bo zawiera 4-calowy ekran dotykowy MIPI-DSI w celu ułatwienia opracowania graficznego interfejsu użytkownika. Producent zapowiada, że w ciągu kilku miesięcy obie te płytki będą miały alternatywną wersję z rdzeniem kryptograficznym (tj. STM32H757I-EVAL i STM32H757IDISCO).
Podobnie, inżynierowie, którzy są zainteresowani STM32H750 Value Line, mogą skorzystać z płytki STM32H750B-DK Discovery, która będzie miała wyświetlacz TFT 4,3 cala i będzie dostarczana z oprogramowaniem demonstracyjnym TouchGFX. Z opisanym układem będzie dostępna też popularna płytka Nucleo.
