№9 / 2018 / статья 5

STM32F7 & H7 Value line: бюджетные версии микроконтроллеров высокой производительности

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Обновлены два наиболее производительных семейства микроконтроллеров STM32 производства STMicroelectronics: STM32F7 и STM32H7. Новые бюджетные линейки STM32F750, STM32F730, STM32H750 сохраняют высокую рабочую частоту и производительность, но характеризуются урезанным объемом Flash.

Недавно на страницах журнала «Новости Электроники» мы рассказывали о производительных семействах STM32F7 [1] и STM32H7 [2]. И вот не прошло и года, как эти семейства были расширены за счет новых бюджетных линеек: STM32F750, STM32F730 и STM32H750.

Обновление было ожидаемым. Дело в том, что ранее номенклатура семейств STM32F7 и STM32H7 была ограниченной, и включала в основном изделия с огромными объемами встроенной памяти и сверхразвитым набором периферии. Естественно такая универсальность требовалась далеко не во всех приложениях. Разработчики ждали появления более скромных моделей: пусть с урезанным функционалом, но с меньшей стоимостью.

Новые бюджетные линейки STM32F750, STM32F730 и STM32H750 имеют ту же производительность, что и топовые линейки семейств STM32F7 и STM32H7. В частности, микроконтроллеры STM32F750 и STM32F730 способны работать на частоте до 216 МГц с пиковой производительностью до 462 DMIPS (2,14 DMIPS/МГц). При этом новые микроконтроллеры уступают старшим линейкам STM32F756 и STM32F723 только по объему встроенной Flash. Представители бюджетной линейки STM32H750 обеспечивают пиковую производительность до 856 DMIPS и также уступают старшим моделям STM32H7 только по объему Flash. Таким образом, новые линейки по праву входят в сегмент высокопроизводительных микроконтроллеров STM32.

Обзор высокопроизводительных семейств STM32

В настоящий момент сегмент высокопроизводительных микроконтроллеров STM32 объединяет четыре семейства, которые различаются процессорным ядром, рабочей частотой, производительностью и набором периферии (рисунок 1, рисунок 2):

  • Семейство STM32F2 на базе ядра ARM Cortex-M3 с рабочей частотой до 120 МГц и производительностью до 150 DMIPS (Dhrystone 2.1);
  • Семейство STM32F4 на базе ядра ARM Cortex-M4F, включающее в себя три группы контроллеров: младшие линейки STM32F4 Access line с рабочей частотой до 84 МГц и производительностью до 105 DMIPS (Dhrystone 2.1), базовые линейки STM32F4 с рабочей частотой до 168 МГц и производительностью до 210 DMIPS (Dhrystone 2.1), старшие линейки с рабочей частотой до 180 МГц и производительностью до 225 DMIPS (Dhrystone 2.1);
  • Семейство STM32F7 на базе ядра ARMCortex-M7 с рабочей частотой до 216 МГц и производительностью до 462 DMIPS(Dhrystone 2.1);
  • Семейство STM32H7 на базе ядра ARMCortex-M7 с рабочей частотой до 400 МГц и производительностью до 856 DMIPS(Dhrystone 2.1).
Рис. 1. Рабочие частоты семейств производительных микроконтроллеров STM32

Рис. 1. Рабочие частоты семейств производительных микроконтроллеров STM32

Рис. 2. Сравнение производительности семейств STM32

Рис. 2. Сравнение производительности семейств STM32

Более ранние семейства STM32 представлены огромным количеством моделей. Например, номенклатура семейства STM32F4 включает в себя почти полторы сотни представителей. Это позволяет разработчикам выбирать подходящий микроконтроллер для каждого конкретного приложения с учетом производительности и необходимого набора периферии.

К сожалению, до недавнего времени семейства STM32F7 и STM32H7 похвастаться таким многообразием не могли. В итоге, даже если пользователю было достаточно производительного микроконтроллера с ограниченным функционалом, то ему все равно приходилось выбирать модель с избыточными возможностями или большим объемом памяти. Это выливалось в высокую стоимость конечного устройства. Новые бюджетные линейки отчасти решают эту проблему.

Обзор линеек STM32F750 и STM32F730

Новая линейка STM32F730 объединяет четырех представителей. Между собой они главным образом отличаются корпусными исполнениями: BGA 176, LQFP 64, LQFP 100, LQFP 144. В линейку STM32F750 входят три новых модели с корпусами TFBGA 216, LQFP 100, LQFP 144 (рисунок 3).

Рис. 3. Номенклатура бюджетных микроконтроллеров STM32F750 и STM32F730

Рис. 3. Номенклатура бюджетных микроконтроллеров STM32F750 и STM32F730

Говорить о STM32F750 и STM32F730 как о принципиально новых микроконтроллерах достаточно сложно. При сравнении оказывается, что представители STM32F730 отличаются от микроконтроллеров STM32F723 только лишь урезанным объемом Flash (рисунок 4). Если на борту у STM32F723 было 512 кбайт Flash, то у STM32F730 осталось только 64 кбайт. Вся остальная периферия сохранилась без изменений.

Рис. 4. Сравнение STM32F730 и STM32F723

Рис. 4. Сравнение STM32F730 и STM32F723

Аналогичное сходство наблюдается при сравнении линеек STM32F756 и STM32F750 (рисунок 5). Микроконтроллеры STM32F750 имеют тот же набор периферии, что и STM32F756, но уступают им по объему Flash. Представители STM32F750 могут похвастаться только лишь 64 кбайт Flash.

Рис. 5. Сравнение STM32F756 и STM32F750

Рис. 5. Сравнение STM32F756 и STM32F750

Как видно из рисунков 4 и 5, процессорное ядро, используемое в STM32F730 и STM32F750, не претерпело изменений. Вычислительная мощность новых микроконтроллеров остается такой же, как и у предшественников: 2,14 DMIPS/МГц, что при максимальной рабочей 216 МГц дает пиковую производительность 462 DMIPS или 1082 CoreMark.

Набор аналоговой периферии у STM32F730 и STM32F750 остается достаточно богатым: три 12-битных АЦП со скоростью преобразований до 2,4 миллиона выборок в секунду, два 12-битных ЦАП, датчик температуры.

По сравнению с топовыми линейками семейства STM32F7 набор коммуникационных интерфейсов у STM32F730 достаточно скромен: USART, SPI, I2C, SAI, USB (USB 2.0 high-speed/full-speed device/host/OTG), SDMMC и CAN.

В плане коммуникаций STM32F750 предлагает больше возможностей: USART, SPI, I2C, SAI, USB (USB 2.0 high-speed/full-speed device/host/OTG), SDMMC, CAN, SPDIFRX, 10/100 Ethernet MAC, HDMI-CEC, параллельный интерфейс камеры.

От своего «старшего брата» микроконтроллеры STM32F750 также унаследовали широкие возможности шифрования данных: DES, HASH (MD5, SHA-1, SHA-2) и HMAC.

Характеристики различных моделей STM32F750 и STM32F730 представлены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики бюджетных микроконтроллеров STM32F750 и STM32F730

Наименование Fмакс, МГц Корпус Flash, кбайт ОЗУ, кбайт TFT-LCD- контроллер CAN Доп.  интерфейсы Параллельные интерфейсы Шифрование Uпит, В Tраб, °C
STM32F730I8 216 BGA 176 64 256 1 SAI Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES 1,7…3,6 -40…85/105
STM32F730R8 LQFP 64 64 256 1 SAI Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES
STM32F730V8 LQFP 100 64 256 1 SAI Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES
STM32F730Z8 LQFP 144 64 256 1 SAI Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES
STM32F750N8 TFBGA 13x13x1.2 64 320 1024×728 2 Ethernet, HDMI CEC, S/PDIF, SAI Camera IF, DCMI, DFSDM, Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES, DES/TDES, HMAC, MD5, SHA
STM32F750V8 LQFP 100 64 320 1024×728 2 Ethernet, HDMI CEC, S/PDIF, SAI Camera IF, DCMI, DFSDM, Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES, DES/TDES, HMAC, MD5, SHA
STM32F750Z8 LQFP 144 64 320 1024×728 2 Ethernet, HDMI CEC, S/PDIF, SAI Camera IF, DCMI, DFSDM, Dual Quad SPI, FMC, SDIO AES, DES/TDES, HMAC, MD5, SHA

Стоит отметить, что объема 64 кбайт встроенной Flash будет достаточно только для ограниченного числа приложений. Во всех остальных случаях потребуется подключение внешней памяти. К счастью, у STM32F730 и STM32F750 остается поддержка последовательно-параллельной памяти Dual QuadSPI. Естественно, возникает вопрос о производительности при выполнении кода из внешней Flash. По заверениям STMicroelectronics, падение эффективности, наблюдаемое при работе с QSPI, оказывается не катастрофическим (рисунок 6).

Рис. 6. Показатель эффективности CoreMark

Рис. 6. Показатель эффективности CoreMark

STM32H750 высокая производительность и минимум Flash

При сравнении микроконтроллеров из новой бюджетной линейки STM32H750 и представителей STM32H753 оказывается, что они также отличаются только объемом Flash (рисунок 7).

Рис. 7. Сравнение STM32H750 и STM32H753

Рис. 7. Сравнение STM32H750 и STM32H753

Производительность STM32H750 осталась на том же уровне, что и у STM32H753: 2,14 DMIPS/МГц, что при максимальной рабочей 400 МГц дает пиковую производительность 856 DMIPS или 2020 CoreMark.

Сокращение встроенной Flash-памяти до «необходимого» минимума 128 кбайт подчеркивает, что недостающий объем разработчик должен будет восполнить за счет микросхем внешней памяти Dual Quad-SPI. Для расширения ОЗУ используется FMC с поддержкой SRAM, PSRAM, NOR SDRAM/LPSDR SDRAM, NAND.

На настоящий момент номенклатура новой бюджетной линейки включает трех представителей с корпусными исполнениями BGA 176, LQFP 100, TFBGA 14X14X1.2 (рисунок 8, таблица 2). С функциональной точки зрения различий у них нет.

Рис. 8. Модельный ряд микроконтроллеров семейства STM32H7

Рис. 8. Модельный ряд микроконтроллеров семейства STM32H7

Таблица 2.  Характеристики бюджетных микроконтроллеров STM32H750

Наименование Частота, МГц Flash, кбайт ОЗУ, кбайт АЦП
16 бит, каналов
ЦАП
12 бит, каналов
Компара-
торы
ОУ Линии I/O TFT-LCD- контроллер Crypto-HASH Uпит, В Tраб, °C Корпус
STM32H750IB 400 128 1024 20 2 2 2 140 LCD TFT 1024×728 AES, DES/TDES, HMAC, MD5, SHA 1,7..3,6 -40…85/105 BGA 176
STM32H750VB 82 AES, DES/TDES, HMAC, MD5, SHA LQFP 100
STM32H750XB 168 AES, DES/TDES, HMAC, MD5, SHA TFBGA 14х14х1.2

Подключение внешней памяти с помощью STM32CubeMX

Как уже было сказано выше, объем встроенной Flash для новых бюджетных линеек оказывается ограниченным. В случае необходимости разработчики должны использовать микросхемы внешней памяти. Для этого потребуется контроллер Dual Quad-SPI.

Объем ОЗУ также может быть расширен. Однако стоит подчеркнуть, что тип и интерфейс поддерживаемой внешней памяти зависит от корпусного исполнения. Например, в микроконтроллерах STM32F730 в корпусе LQFP-64 нет возможности использования FMC.

Чтобы не запутаться с распиновкой, а также для упрощения и ускорения процесса разработки рекомендуется использовать STM32CubeMX. Эта полезная программа не только поможет выбрать подходящую модель контроллера, но и гарантирует правильность конфигурации выводов при подключении внешней памяти (рисунок 9).

Рис. 9. STM32CubeMX помогает конфигурировать выводы МК при работе с внешней памятью

Рис. 9. STM32CubeMX помогает конфигурировать выводы МК при работе с внешней памятью

Обзор средств разработки и отладки

В настоящий момент для новых линеек нет собственных отладочных и ознакомительных плат. Однако проблему можно решить за счет существующих наборов для других микроконтроллеров этих же семейств. Дело в том, что новые контроллеры совместимы со своими старшими собратьями по расположению выводов и программному коду. По этой причине разработчики могут использовать:

Платы Nucleo не имеют внешней Flash, и их можно использовать только в самых ограниченных приложениях. С точки зрения использования связки из микроконтроллера и QSPI-памяти более подходящими будут платы Discovery (рисунок 10), STM32756G-Eval и STM32H753I-Eval (рисунок 11). При этом самым бюджетным вариантом, конечно же, являются STM32F723E-Discovery и STM32F746G-Discovery.

Рис. 10. Отладочные платы STM32F723E-Discovery и STM32F746G-Discovery

Рис. 10. Отладочные платы STM32F723E-Discovery и STM32F746G-Discovery

Рис. 11. Отладочные платы STM32H753I-EVAL и STM32756G-EVAL

Рис. 11. Отладочные платы STM32H753I-EVAL и STM32756G-EVAL

После выхода новых бюджетных линеек STMicroelectronics оперативно обновила пакеты библиотек STM32CubeF7 и STM32CubeH7. В частности были расширены возможности при работе с памятью, в том числе: исполнение кода из внешней памяти QSPI flash или FMC-NOR flash, хранение данных во внешнем ОЗУ (SRAM или SDRAM). Добавлены примеры при работе с внешней памятью: LedToggling, FreeRTOS, CoreMark.

Также обновления были внесены в лицензируемые интегральные среды (IAR Embedded Workbench, Keil MDK-ARM и др.) и бесплатные интегральные среды (Atollic TrueSTUDIO). Здесь стоит отметить, что благодаря утилите STM32CubeProgrammer можно значительно упростить себе жизнь при отладке кода, расположенного во внешней QSPI-памяти. Эта утилита встраивается в интегрированную среду, в частности Atollic TrueSTUDIO, и делает процесс отладки точно таким же простым, как и при работе со встроенной Flash [3].

Заключение

Компания STMicroelectronics пополнила номенклатуру микроконтроллеров производительных семейств STM32F7 и STM32H7. К услугам разработчиков предлагаются новые бюджетные линейки STM32F750, STM32F730 и STM32H750. Эти микроконтроллеры обладают той же производительностью, что и их старшие собратья, а изменения коснулись в первую очередь объемов Flash. Представители STM32F750 и STM32F730 имеют 64 кбайт встроенной Flash. У микроконтроллеров STM32H750 объем Flash составляет 128 кбайт.

Встроенной Flash хватит для ограниченного числа приложений. В остальных случаях разработчики могут воспользоваться внешней недорогой памятью QSPI. При этом стоимость связки микроконтроллер + QSPI-Flash оказывается гораздо меньше, чем стоимость микроконтроллера с большим объемом встроенной Flash.

Литература

  1. Вячеслав Гавриков. STM32F7: новый флагман – новые горизонты. //НЭ, – 2016, №2;
  2. Вячеслав Гавриков. STM32 семейства H7: с новыми возможностями – к новым вершинам. //НЭ, – 2018, №1;
  3. STM32CubeProgrammer + Atollic TrueSTUDIO for STM32. Integrating STM32CubeProgrammer;
  4. st.com

Наши информационные каналы

О компании ST Microelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее