От простого к сложному: 32-битные микроконтроллеры GigaDevice, Geehy и ARTERY с ядрами Cortex-M0…M4

25 мая

системы безопасностиавтомобильная электроникаучёт ресурсовинтернет вещейGigaDeviceGEEHYARTERYстатьяинтегральные микросхемыCortex-M0Cortex-M3Cortex-M4Микроконтроллер

Олег Пушкарев (КОМПЭЛ)

Сегодня рынок российской микроэлектроники переживает трансформацию: на смену классическим европейским и американским компаниям пришли крупные игроки из Китая. Среди них – такие производители микроконтроллерной индустрии, как Geehy, GigaDevice и ARTERY, каждый из которых имеет свои сильные стороны и особенности.

Микроконтроллер – это «сердце» любой современной электронной системы. Широкий ассортимент моделей позволяет подобрать решение как для простейших задач вроде опроса кнопки и включения реле, так и для цифровой обработки аналогового сигнала, оцифрованного с помощью скоростного 12-ти битного АЦП.

При выборе микроконтроллеров важно ориентироваться на их архитектуру и разрядность. Рассмотрим их на примере 32-битных моделей, выпускаемых компаниями Geehy, GigaDevice и ARTERY с различными ядрами Cortex.

Микроконтроллеры с ядрами Cortex-M0/M0+/M23

Данные микроконтроллеры с улучшенной безопасностью относятся к классу энергоэффективных устройств. Это стандартные модели для решения базовых задач, среди которых есть варианты с 32…256 кбайт Flash-памяти в корпусах, имеющих 20…64 вывода (таблицы 1 и 2).

Таблица 1. Микроконтроллеры Geehy с ядрами Cortex-M0/M0+/M23

Наименование Flash, кбайт RAM, кбайт Корпус Количество выводов
APM32F003F6P6 32 4 TSSOP20 20
APM32F030F6P6 32 4 TSSOP20 20
APM32F030K6T6 32 4 LQFP32 32
APM32F030C8T6 64 8 LQFP48 48
APM32F030CCT6 256 32 LQFP48 48
APM32F030R8T6 64 8 LQFP64 64
APM32F030RCT6 256 32 LQFP64 64
APM32F051K6T7 32 8 LQFP32 32
APM32F051K8T6 64 8 LQFP32 32
APM32F051K8U6 64 8 QFN32 32
APM32F051C8T6 64 8 LQFP48 48
APM32F051R8T6 64 8 LQFP64 64
APM32F072CBT6 128 16 LQFP48 48
APM32F072CBU6 128 16 QFN48 48

Таблица 2. Микроконтроллеры GigaDevice с ядрами Cortex-M23

Наименование Ядро Flash, кбайт RAM, кбайт Корпус Количество выводов
GD32E230F6V6TR Cortex-M23 32 6 LGA20 20
GD32E230F8P6TR Cortex-M23 64 8 TSSOP20 20
GD32E230G8U6TR Cortex-M23 64 8 QFN28 28
GD32E230K6U6 Cortex-M23 32 6 QFN32 32
GD32E230K8T6 Cortex-M23 64 8 LQFP32 32
GD32L233CBT6 Cortex-M23 128 32 LQFP48 48
GD32L233R8T6 Cortex-M23 64 16 LQFP64 64

Данные микроконтроллеры различаются некоторыми характеристиками, которые существенно расширяют возможности простых устройств. Среди них:

  • Поддержка USB без внешнего кварца. В модели APM32F072CBT6/CBU6 реализован полноценный USB 2.0 Full Speed. Здесь главная особенность – поддержка технологии Crystal-less, которая позволяет работать с USB без внешнего высокоточного кварцевого резонатора, обеспечивая экономию места и стоимости. Микроконтроллер GD32L233CBT6 поддерживает технологию автоматической подстройки внутреннего генератора под частоту кадров USB (USB IRC48M clock recovery system). Это позволяет реализовать полноценный интерфейс USB 2.0 Full Speed, используя только внутренний высокоточный генератор на 48 МГц.
  • Сверхмалое энергопотребление. Здесь выделяется серия L производства GigaDevice, например, GD32L233CBT6/R8T6/RCT6 относятся к специализированной серии Low Power. Потребление в режиме Deep-sleep составляет всего около 2 мкА с работающим RTC. Эти модели подходят для датчиков с питанием от батарейки-таблетки, например, CR2032.
  • Защита кода и данных. В отличие от классического ядра Cortex-M0, в сериях микроконтроллеров GigaDevice GD32E и GD32L используются ядра Cortex-M23 более современной архитектуры с точки зрения защиты кода и программ. На борту имеется модуль защиты памяти (MPU), а в серии L233 — аппаратного ускорителя криптографии.
  • Повышенный объем памяти. Обычно модели серии F030 ограничены 64 кбайт Flash, но в номенклатуре Geehy есть APM32F030CCT6/RCT6, которые имеют 256 кбайт Flash и 32 кбайт RAM. Это позволяет запускать на бюджетном ядре довольно тяжелые алгоритмы или хранить большие таблицы шрифтов или изображения для дисплеев.
  • Аналоговая периферия (ЦАП и компараторы). Для работы с аналоговым сигналом можно обратить внимание на APM32F051/F072, которые имеют встроенный 12-битный ЦАП (DAC). В серии F030 его нет. Модель GD32L233 оснащена встроенными компараторами и ОУ, что полезно для мониторинга батареи или обработки сигналов с аналоговых датчиков.
  • Ультракомпактный корпус. Микроконтроллер GD32E230F6V6TR – это единственная в списке модель в корпусе LGA20 размером примерно 3×3 мм подходит для миниатюрных плат.

Микроконтроллеры с ядром Cortex-M3

Ядро Cortex-M3 является универсальным для решения широкого круга задач. Такие микроконтроллеры — это классические рабочие лошадки, используемые в электронике общего применения (таблица 3). Данные модели относятся к распространенному сегменту микроконтроллеров и являются аналогами серий STM32F103/105/107/205.

Таблица 3. Микроконтроллеры с ядром Cortex-M3 производства Geehy и GigaDevice

Наименование Flash, кбайт RAM, кбайт Корпус Количество выводов
Geehy
APM32F103C8T6 64 20 LQFP48 48
APM32F103CBT6 128 20 LQFP48 48
APM32F103RBT6 128 20 LQFP64 64
APM32F103TBU6 128 20 QFN36 36
APM32F103VBT6 128 20 LQFP100 100
APM32F103RCT6 256 48 LQFP64 64
APM32F103VCT6 256 48 LQFP100 100
APM32E103RET6 512 128 LQFP64 64
APM32E103VET6 512 128 LQFP100 100
APM32E103ZET6 512 128 LQFP144 144
APM32F103ZET6 512 64 LQFP144 144
GigaDevice
GD32F103C8T6 64 20 LQFP48 48
GD32E103CBT6 128 32 LQFP48 48
GD32F103CBT6 128 20 LQFP48 48
GD32F103RBT6 128 20 LQFP64 64
GD32F103TBU6 128 20 QFN36 36
GD32F103VBT6 128 20 LQFP100 100
GD32F105RBT6 128 64 LQFP64 64
GD32F103RCT6 256 48 LQFP64 64
GD32F103VCT6 256 48 LQFP100 100
GD32F105VCT6 256 64 LQFP100 100
GD32F107RCT6 256 96 LQFP64 64
GD32F107VCT6 256 96 LQFP100 100
GD32F205RCT6 256 128 LQFP64 64
GD32F103RET6 512 64 LQFP64 64
GD32F103VET6 512 64 LQFP100 100
GD32F205VET6 512 128 LQFP100 100
GD32F103RGT6 1024 96 LQFP64 64
GD32F103VGT6 1024 96 LQFP100 100
GD32F205RGT6 1024 256 LQFP64 64
GD32F205VGT6 1024 256 LQFP100 100

В представленном перечне микроконтроллеров можно найти варианты, которые сильно различаются по возможностям, несмотря на одинаковое ядро Cortex-M3:

  • Поддержка USB OTG и Ethernet. Обычные серии 103 имеют только базовый USB Device. Если в разрабатываемом устройстве необходим USB-хост или подключение к Ethernet, можно рассмотреть модели GD32F107RCT6/VCT6, которые имеют встроенный Ethernet MAC (требуется внешний PHY) и USB OTG. Это контроллеры для сетевых устройств. Модели GD32F105RBT6/VCT6 и GD32F205RGT6/VGT6 также поддерживают USB OTG, но не имеют Ethernet-интерфейса, что делает их подходящими для задач, требующих только расширенной работы с USB.
  • Увеличенный объем RAM. Микроконтроллеры с большим объемом памяти – это APM32E103/RET6/VET6/ZET6, имеющие 128 кбайт RAM. У GD32F205/RGT6/VGT6 уже 256 кбайт RAM, что делает их пригодными для буферизации данных или работы с тяжелыми стеками протоколов.
  • Работа с внешней параллельной памятью (FSMC/EXMC). Встроенные возможности по подключению внешней параллельной Flash, SRAM или TFT-дисплеев (через интерфейс 8080/6800) есть в микроконтроллерах с корпусами, имеющими 100 и 144 вывода: VBT6, VCT6, VET6, VGT6, ZET6. Только в них выведен интерфейс для работы с внешней памятью (в 48- и 64-выводных корпусах его физически нет).
  • Увеличенный объем Flash (High-Density). Модели GD32F103RGT6/VGT6 имеют 1024 кбайт (1 Мбайт) Flash-памяти. Это максимум для классической линейки 103, позволяющий хранить очень сложный код.
  • Повышенная энергоэффективность. Хотя интегральная схема GD32E103CBT6 и относится к микроконтроллерам Cortex-M3, буква «E» в наименовании указывает на применение новейшего технологического процесса, позволяющего потреблять более чем в 2 раза меньший ток в режимах работы и сна по сравнению с классическим GD32F103.

Микроконтроллеры с ядром Cortex-M4/M4F

Изделия с ядром Cortex-M4/M4F относятся к классу высокопроизводительных микроконтроллеров. Они оснащены блоком вычислений с плавающей точкой (FPU), DSP-инструкциями и подходят для сложной математики и графики (таблица 4).

Таблица 4. Микроконтроллеры с ядром Cortex-M4/M4F производства GigaDevice, Geehy и ARTERY

Производитель Наименование Flash, кбайт RAM, кбайт Корпус Количество выводов
GigaDevice GD32F310F8P6TR 64 8 TSSOP20 20
ARTERY AT32F421C8T7 64 16 LQFP48 48
ARTERY AT32F421F8P7 64 16 TSSOP20 20
ARTERY AT32F421K8U7 64 16 QFN32 32
ARTERY AT32F425K8U7-4 64 20 QFN32 32
GigaDevice GD32F350CBT6 128 16 LQFP48 48
ARTERY AT32F413CBT7 128 32 LQFP48 48
ARTERY AT32F415CBT7 128 32 LQFP48 48
ARTERY AT32F415RBT7 128 32 LQFP64 64
GigaDevice GD32F303CCT6 256 48 LQFP48 48
GigaDevice GD32F303RCT6 256 48 LQFP64 64
GigaDevice GD32F303VCT6 256 48 LQFP100 100
ARTERY AT32F403ARCT7 256 96 LQFP64 64
ARTERY AT32F403AVCT7 256 96 LQFP100 100
ARTERY AT32F407RCT7 256 96 LQFP64 64
ARTERY AT32F413RCT7 256 64 LQFP64 64
Geehy APM32F407VET6 512 192 LQFP100 100
Geehy APM32F407ZET6 512 192 LQFP144 144
GigaDevice GD32F303RET6 512 64 LQFP64 64
GigaDevice GD32F305RET6 512 128 LQFP64 64
GigaDevice GD32F405RET6 512 192 LQFP64 64
GigaDevice GD32F407RET6 512 192 LQFP64 64
GigaDevice GD32F407VET6 512 192 LQFP100 100
GigaDevice GD32F407ZET6 512 192 LQFP144 144
Geehy APM32F405RGT6 1024 192 LQFP64 64
Geehy APM32F405VGT6 1024 192 LQFP100 100
Geehy APM32F405ZGT6 1024 192 LQFP144 144
Geehy APM32F407IGT6 1024 192 LQFP176 176
Geehy APM32F407VGT6 1024 192 LQFP100 100
Geehy APM32F407ZGT6 1024 192 LQFP144 144
GigaDevice GD32F303CGT6 1024 96 LQFP48 48
GigaDevice GD32F303RGT6 1024 96 LQFP64 64
GigaDevice GD32F303VGT6 1024 96 LQFP100 100
GigaDevice GD32F405RGT6 1024 192 LQFP64 64
GigaDevice GD32F405VGT6 1024 192 LQFP100 100
GigaDevice GD32F407VGT6 1024 192 LQFP100 100
GigaDevice GD32F407ZGT6 1024 192 LQFP144 144
GigaDevice GD32F427VGT6 1024 256 LQFP100 100
GigaDevice GD32F427ZGT6 1024 256 LQFP144 144
GigaDevice GD32F450IGH6 1024 256 BGA176 176
GigaDevice GD32F450ZGT6 1024 256 LQFP144 144
GigaDevice GD32F470ZGT6 1024 512 LQFP144 144
ARTERY AT32F403ACGT7 1024 224 LQFP48 48
ARTERY AT32F403ARGT7 1024 224 LQFP64 64
ARTERY AT32F403AVGT7 1024 224 LQFP100 100
ARTERY AT32F407VGT7 1024 224 LQFP100 100
ARTERY AT32F435VGT7 1024 384 LQFP100 100
ARTERY AT32F435ZGT7 1024 384 LQFP144 144
ARTERY AT32F437ZGT7 1024 384 LQFP144 144
GigaDevice GD32F450IIH6 2048 256 BGA176 176
GigaDevice GD32F450ZIT6 2048 256 LQFP144 144
GigaDevice GD32F470VIT6 2048 512 LQFP100 100
GigaDevice GD32F450ZKT6 3072 512 LQFP144 144
ARTERY AT32F435CMT7 4032 512 LQFP48 48
ARTERY AT32F435ZMT7 4032 512 LQFP144 144
ARTERY AT32F437VMT7 4032 512 LQFP100 100
ARTERY AT32F437ZMT7 4032 512 LQFP144 144

Среди микроконтроллеров с ядром Cortex-M4 можно отметить следующие серии, которые благодаря своим возможностям заметно выделяются на фоне типовых контроллеров данного класса:

  • Максимальный объем памяти. Модели ARTERY AT32F435/437 и GD32F450/470 имеют на борту до 4032 кбайт Flash. Это позволяет хранить тяжелую графику или огромные массивы данных без внешней памяти.
  • Высокоскоростные интерфейсы. Ethernet (MAC) присутствует в сериях с индексом 407, 437 и 450/470, например, в микроконтроллерах GD32F407, AT32F407, AT32F437 и APM32F407. Интерфейс USB OTG High Speed (480 Мбит/с) есть в AT32F435/437. Это одни из немногих контроллеров в своем классе, которые имеют встроенный High Speed PHY, поэтому при его использовании не нужны дополнительные внешние микросхемы. Достаточно подключить линии D+/D- к соответствующим выводам, чтобы получить честные 480 Мбит/с. Для модели GD32F4xx требуется внешний PHY, без которого будет доступен только режим Full Speed (12 Мбит/с). Здесь можно, например, использовать микросхему USB3300, подключенную через интерфейс ULPI, который занимает около 12…14 выводов микроконтроллера.
  • Интерфейс камеры (DVP/DCMI). Данная опция позволяет подключать параллельные CMOS-сенсоры и присутствует в GD32F407/450 и APM32F407.
  • Работа с графикой (TFT-LCD-контроллер). Аппаратный контроллер LTDC (LCD-TFT Controller) для управления дисплеями высокого разрешения (до SVGA) есть в моделях GD32F450/470, APM32F407 (в больших корпусах) и AT32F435/437.
  • Графический ускоритель. В микроконтроллере GD32F450 есть модуль IPA (Image Processing Accelerator) – аналог STM32 Chrom-ART.
  • Внешняя память (SDRAM/QSPI). SDRAM-контроллер в моделях GD32F450/470 и AT32F435/437 позволяет подключать недорогую динамическую память, что важно для видеобуфера. Для очень быстрой работы с внешней Flash QSPI/Octo-SPI можно использовать микроконтроллер F435/437 от ARTERY.
  • Большая вычислительная мощность в малогабаритном корпусе. Модели GD32F310 и AT32F421F8P7 предоставляют Cortex-M4 (с FPU у ARTERY) в крошечном корпусе TSSOP20 и могут использоваться, когда нужно быстро считать математику в устройстве с ограниченным пространством под печатную плату.
  • Высокие тактовые частоты. Микроконтроллеры ARTERY моделей AT32F435/437 работают на 288 МГц. Это одни из быстрых микроконтроллеров с ядром Cortex-M4. GD32F450/470 работают на частоте 200…240 МГц.

Широкие линейки микроконтроллеров GigaDevice, Geehy и ARTERY позволяют подобрать решение, подходящее по объему памяти, количеству выводов или набору интерфейсов. Прямая программная совместимость и наличие собственных средств отладки делают переход на эту продукцию быстрым и предсказуемым, обеспечивая как потребности инженера-разработчика, так и процесс серийного выпуска изделий.

Дополнительные материалы

  1. Радиомодуль RFM95 от HOPERF: дальняя связь с низким энергопотреблением
  2. WCH выпускает новые двухъядерные RISC-V-микроконтроллеры CH32H417 с поддержкой USB 3.0
  3. Цифровые изоляторы HOPERF – простое решение для улучшения помехозащищенности и ЭМС устройств
•••

Наши информационные каналы

Товары
Наименование