Nové mikrokontroléry s jádrem Cortex-M4F od STMicroelectronics®

Oblíbenost 32bitových mikrokontrolérů založených na licencovaných jádrech Cortex od firmy ARM neustále roste, což motivuje výrobce k rozšiřování typů mikrokontrolérů a vývoji nových typů jader.

Mikrokontroléry s novým, výkonnějším jádrem Cortex-M4F najdeme v sortimentu firmy STMicroelectronics v řadě označené STM32F3xx. Tyto nové mikrokontroléry nabízejí vysoký výpočetní výkon, který je umocněný implementovanou jednotkou pro výpočty v pohyblivé řádové čárce (FPU). Orientaci mikrokontrolérů řady STM32F3xx na zpracování signálů naznačuje jak samotné označení výrobce, který je označuje jako mikrokontroléry pro „Digital Signal Control“, tak skladba a počet periferií.

Mikrokontroléry této nové rodiny jsou rozděleny do dvou rozdílných řad.

V první řadě se značením STM32F30x najdeme mikrokontroléry, které jsou schopny poskytnout při maximálním řídicím kmitočtu 72 MHz výpočetní výkon až 62 DMIPS. Aby bylo možno dále tento výkon zvýšit, implementovala firma STMicroelectronics v této řadě speciální rychlou paměť RAM (CCM- -SRAM), která umožňuje zvýšení výpočetního výkonu mikrokontrolérů řady STM32F30x až na 94 DMIPS. Implementovaná rychlá paměť RAM připojená přímo k jádru totiž umožňuje rychlé načtení instrukcí bez přídavných wait stavů. Protože dnešní aplikace zpracovávají stále více a více dat z reálného světa, byly pro další zvýšení výpočetního výkonu v instrukčním souboru implementovány instrukce, které jsou typické pro DSP procesory. Mezi implementované instrukce patří zejména jednocyklové násobení, HW dělička či možnost saturační logiky při aritmetických operacích. Aby bylo možno snadno začlenit nové mikrokontroléry do aplikací, vybavila je firma STMicroelectronics celou řadou výkonných periferií. V řadě mikrokontrolérů STM32F30x najdeme 12bitové A/D převodníky s postupnou aproximací (SAR), které jsou schopny pracovat rychlostí až 5 Msps či v interleave módu dokonce až 18 Msps. Tyto převodníky se hodí v případech, kdy chceme odebrat vzorek během krátkého, definovaného okamžiku. Z uvedeného je vidět, že řada STM32F30x bude zaměřena na typ úloh, kde rychlost zpracování naměřených dat je primárním úkolem. Této myšlence napovídá i skladba dalších periferií. Z těch zajímavých jmenujme dva rozšířené čítače vhodné pro řízení třífázových elektromotorů (6 PWM výstupů) s možností nastavení dead-time a řídicí frekvencí až 144 MHz. Samozřejmě tyto čítače nejsou jedinými čítači, které jsou implementovány na čipu, takže v závislosti na typu mikrokontroléru můžeme na čipu najít až 11 dalších čítačů/časovačů. Z dalších periferií alespoň jmenujme rozhraní CAN, LIN, 2× I2C, 5× USART, 3× SPI, 2× 12bitový DAC. Už jen z tohoto výčtu je jasné, že obsluha tolika periferií bez přítomnosti DMA by nebyla možná. Proto mezi periferiemi mikrokontrolérů řady STM32F30x najdeme cekem 12 kanálů DMA. Výše uvedený vý čet periferií není úplný ani přesný, neboť skladba a počet jednotlivých periferií se může měnit typ od typu mikrokontroléru.

Druhá řada mikrokontrolérů nesoucí označení STM32F37x je vhodná pro typy úloh, kdy potřebujeme zpracovávat analogové veličiny s větší přesností, ale rychlost vzorkování může být nižší. Mikrokontroléry této řady mají totiž na svém čipu implementovány ΣΔ převodníky s rozlišením 16 bitů, ale s maximální rychlostí pouze 50 ksps. Jelikož se u této rodiny mikrokontrolérů nepředpokládá tak velký tlak na rychlost zpracování naměřených dat a díky rychlosti převodníků jich bude též mnohem méně než u předchozí rodiny, nenajdeme zde ani paměť CCM-SRAM. Skladba ostatních periferií je však více či méně podobná.

Nové mikrokontroléry nesou na svých čipech mnoho dalších periferií, které mají maximálně zjednodušit zapojení. Takže kromě klasických periferií, kterými jsou např. interní oscilátory, D/A převodníky, napěťové watchdogy, RTC či rychlé analogové komparátory, najdeme na čipu též operační zesilovače, které mají omezit nutnost použití externích součástek, a tím zjednodušit návrh aplikace.

Přestože v nové rodině mikrokontrolérů STM32F3xx, která má mít více jak 70 typů, je mnoho nového, bude nasazení těchto mikrokontrolérů usnadněno tím, že mikrokontroléry STM32F3xxx jsou pinově kompatibilní s rodinou mikrokontrolérů STM32F1xx. Jinými slovy se dá říci, že uživatelé, kteří naráží ve svých aplikacích na limity rodiny STM32F1xx, mohou snadno přejít na mnohem výkonnější typ.

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