Nejvýkonnější řada mikrokontrolérů STM32F4xx

I když mikrokontroléry založené na jádrech Cortex-M4® patří k velmi výkonným, požadavky na výpočetní výkon se stále zvětšují, což má mimo jiné za důsledek i vznik nových specializovaných periferií. Posledními přírůstky v řadě mikrokontrolérů STM32F4xx jsou mikrokontroléry STM32F429 a STM32F439, které svými parametry navazují na své úspěšné předchůdce, typy STM32F427 a STM32F437. Pojďme si představit vlastnosti těchto nových mikrokontrolérů.

Mikrokontroléry STM32F4xx nejsou jedinými mikrokontroléry s jádrem Cortex- M4®, které nalezneme v sortimentu firmy. První řadou byly mikrokontroléry STM32F3xx, které jsou zaměřeny na prvotní zpracování dat, zatímco mikrokontroléry STM32F4xx, mezi něž patří i popisované STM32F429/439, jsou zaměřeny spíše na HMI aplikace, což je vidět zejména podporou rozhraní pro TFT displeje, a to včetně 2D grafického akcelerátoru nesoucího název „Chrom-Art Accelerator” s vlastním DMA kanálem, který je podpořen vlastní (vyhrazenou) sběrnicí. Podporou TFT displejů se mikrokontroléry STM32F429/439 liší od výše zmiňovaných předchůdců.

Rozdílem, který odlišuje mikrokontrolér STM32F439 od typu STM32F429, je přítomnost kryptovací jednotky na čipu STM32F439. Tento kryptografický koprocesor významně odlehčuje CPU při šifrování/dešifrování přenášených dat. Jednotkou jsou podporovány následující šifrovací standardy: AES 128,192, 256, Triple DES, HASH (MD5, SHA-1, SHA-2) a HMAC. Důvodem přítomnosti této jednotky na čipu mikrokontroléru je fakt, že v řadě případů přenášená data nemají být dostupná pro kohokoliv. Uvědomme si, že mnoho moderních aplikací přenáší citlivá data skrze internet či rádiovou cestou. Tato média, jak internet, tak bezdrátový přenos, mohou být celkem snadno odposlouchávaná. Díky implementované cryptografické jednotce však programátor může efektivně implementovat potřebný šifrovací algoritmus bez nebezpečí, že mu implementace šifrování přetíží vlastní jádro mikrokontroléru.

Vzhledem k předpokládaným typům aplikací je více než vhodné, aby jádro Cortex-M4 těchto mikrokontrolérů dokázalo pracovat i na nejvyšších frekvencích s maximálním výpočetním výkonem, tj. bez nutnosti čekat na paměť Flash. Proto je i v těchto mikrokontrolérech implementován adaptivní akcelerátor paměti, což jinými slovy je malá vyrovnávací paměť, která obsahuje nejenom následující instrukce, ale i instrukce, kam se může program větvit. Díky této paměti není vykonávání instrukcí zpomalováno ani při maximálním řídicím kmitočtu, a to ani v případě skokových instrukcí. Výsledkem je fakt, že výpočetní výkon narůstá lineárně s rostoucím kmitočtem až do maximální hodnoty 180 MHz. Při tomto maximálním kmitočtu poskytují mikrokontroléry výkon 225 DMIPS, tj. 1,25 DMIPS/MHz.

Že mikrokontroléry STM32F429/439 jsou schopny pojmout i složité úlohy, je zřejmé nejenom z velkého výpočetního výkonu, ale i z faktu, že velikost interní programové paměti typu FLASH může dosáhnout až 2 Mbyte. Pro data je připravena interní paměť RAM s celkovou velikostí 256 kByte.

To, že jsou nové mikrokontroléry směrovány na složité, v řadě případů datově náročné, aplikace, je vidět i z dalších implementovaných periferií. V případě zmiňovaných, datově náročných, aplikací zajisté přijde vhod 16 kanálů DMA, které umožňují velmi rychlý přesun i většího objemu dat, a to opět bez velké podpory CPU. Větší počet kanálů DMA je implementován i s ohledem na velký počet dalších periferií, jako jsou např. sériová rozhraní I2C, UART/USART, SPI či USB. Zejména dvě poslední rozhraní mohou potřebovat rychlý přenos dat, neboť např. rozhraní SPI je schopné přenášet data rychlostí až 45 Mbit/s, o rozhraní USB v režimu high-speed není potřeba se ani zmiňovat.

Velké množství periferií si vyžádalo i pouzdra s větším počtem pinů, takže nejmenší pouzdro, v jakém můžeme nové mikrokontroléry nalézt, má 100 pinů. Největší pouzdro, ve kterém můžeme tyto mikrokontroléry najít, je pouzdro TFBGA s 216 piny. I když se může zdát tento počet pinů dostatečný, nemusí být použití pouzdra s velkým počtem pinů vhodné, např. z cenových důvodů. Použitím menšího pouzdra můžeme cenu mikrokontroléru snížit, ale vzrůstá pravděpodobnost, že potřebné periferie budou sdílet stejný vstupní či výstupní pin na pouzdru. Jelikož se toto při tak velkém počtu periferií špatně kontroluje ručně, najdeme na stránkách www.st.com aplikaci Micro- Xplorer, na které si můžeme snadno zkontrolovat, zda mezi potřebnými periferiemi nedošlo ke zmíněné kolizi vstupně/ výstupních pinů.

Aktuální informace o novinkách od firmy STMicroelectronics® nejen z této, ale i mnoha dalších oblastí můžete najít na webových stránkách www.st.com. Cenové nabídky je pak možné vyžádat u distributorů.