Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Mikrokontrolery - po które z nich warto sięgnąć?

magic9 06 Lis 2018 10:36 135 5
  • #1 06 Lis 2018 10:36
    magic9
    Redaktor

    STMicroelectronics to jeden z najpopularniejszych w Polsce producentów mikrokontrolerów. Swoją renomę zawdzięcza nie tylko udanym konstrukcjom, ale i wdrażaniu najnowszych technologii oraz bogatej ofercie. W niniejszym artykule prezentujemy niektóre z ostatnio wprowadzonych układów ST oraz wybrane ciekawe modele, które od jakiegoś czasu cieszą się dużą popularnością wśród polskich inżynierów.

    Mikrokontrolery - po które z nich warto sięgnąć?


    ST słynie z dobrych produktów opartych na rdzeniach ARM Cortex, należących do rodzin układów STM32. Obecnie warto zwrócić szczególną uwagę na podzespoły z rodzin STM32L4+, STM32F7 i STM32F4. STM32L4+

    Nowa rodzina układów firmy STMicroelectronics nosi nazwę STM32L4+ i cechuje się bardzo wysoką, jak na pobór mocy, mocą obliczeniową, dochodzącą do 150 DMIPS przy taktowaniu 20 MHz. Pod względem konstrukcji i funkcji układy te są bardzo zbliżone do nieco starszej rodziny – STM32L4, ale dzięki m.in. wyższemu taktowaniu są w stanie pracować bardziej wydajnie.

    Uzyskały nawet 233 punkty w teście ULPMark-CP. Układy z rodziny STM32L4+ bazują na rdzeniu ARM Cortex-M4 i są polecane do zastosowań w niewielkich, inteligentnych opaskach sportowych i zegarkach, przenośnych urządzeniach medycznych, inteligentnych czujnikach przemysłowych i innych urządzeniach, które muszą szybko przetwarzać dane przy jak najmniejszym poborze mocy.

    Duża szybkość obliczeniowa układów z rodziny STM32L4+ łączy się z obszerną, zintegrowaną pamięcią. W wielu nowoczesnych aplikacjach znaczenie będzie mieć też zaawansowany sterownik graficzny Chrom-GRC, który jest autorskim rozwiązaniem firmy STMicroelectronics. Zaprojektowano go w taki sposób, żeby nie marnować pamięci w sytuacjach, gdy kształt podłączonego wyświetlacza nie jest prostokątny. Zamiast przechowywać informacje o pikselach, które i tak nigdy nie zostaną zapalone, bloki pikseli widocznych są odpowiednio zestawiane obok siebie i cała pamięć jest aktywnie wykorzystywana. Pozwala to zaoszczędzić około 20% pamięci w przypadku całkowicie okrągłych wyświetlaczy. Oczywiście sterownik poprawnie obsługuje także wyświetlacze o klasycznych kształtach. Na wydajność, szczególnie w kontekście grafiki, wpływ ma także akcelerator Chrom-ART (DMA2D), który odciąża jednostkę CPU. W praktyce jest w stanie dwukrotnie szybciej wykonywać operacje obliczeń przezroczystości i sumowania pikseli w oparciu o rożny jej stopień, a także zadania konwersji formatów pikseli. Układy z serii STM32L4+ zawierają 640 KB pamięci SRAM i do 2 MB pamięci Flash, podzielonej na dwa banki. Można w nich równocześnie prowadzić operacje odczytu i zapisu. Warto zauważyć, że wartości te sprawiają, że jest to największa pamięć wewnętrzna, dostępna wśród mikrokontrolerów o ultraniskim poborze mocy. Mikrokontrolery STM32L4+ zostały także przystosowane do pracy w aplikacjach wymagających podwyższonego bezpieczeństwa. W tym celu zaimplementowano rozbudowane funkcje korekcji błędów pamięci. Natomiast szybkość komunikacji z otoczeniem zapewniono poprzez wykorzystanie podwójnego interfejsu Octal SPI, który umożliwia uzyskanie wysokich przepustowości podczas przesyłania danych z oraz do pamięci single/dual/ quad/octal SPI, pamięci HyperBus i zwykłych Flash lub SRAM. Pomimo dużej dostępnej wydajności omawianych układów, są one przystosowane do pracy w urządzeniach wymagających bardzo małego poboru mocy. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu technologii obniżających do minimum pobór mocy, przy jednoczesnym podtrzymywaniu pamięci SRAM oraz stanów linii wejść i wyjść. Natomiast w trybie shutdown mikrokontrolery te pobierają jedynie 20 nA. Nowe MCU zostały wyposażone w bardzo bogaty zestaw obwodów peryferyjnych.





    Na liście funkcji znalazły się porty USB z obsługą trybów Host, Device i OTG, nawet 17 timerów, interfejsy SPI, SAI i CAN oraz szybkie konfigurowalne filtry cyfrowe do realizacji algorytmów DSP. W wielu aplikacjach przydatne będą też zintegrowane przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, pracujące z precyzyjnymi źródłami referencyjnymi oraz komparatory i wzmacniacze operacyjne.

    Mikrokontrolery - po które z nich warto sięgnąć?


    STM32F7 i STM32F4

    Drugą nowoczesną rodziną 32-bitowych mikrokontrolerów marki STMicroelectronics, opartych na rdzeniach ARM, jest STM32F7. Układy te bazują na bardzo wydajnych rdzeniach Cortex-M7, około półtora, a w niektórych przypadkach nawet dwukrotnie szybszych niż układy z rdzeniem Cortex-M4, taktowane tym samym zegarem. Rdzenie Cortex-M7 są zbliżone konstrukcyjnie do Cortex-M4, ale zostały dodatkowo przystosowane do współpracy z szybką, wewnętrzną pamięcią SRAM TCM, pamięcią cache dla danych i instrukcji oraz obsługują przetwarzanie potokowe z predykcją i podziałem na 6 etapów. ST był pierwszym producentem układów scalonych, który zastosował rdzenie Cortex-M7 w swoich mikrokontrolerach. Żeby uniknąć ograniczonej przepustowości podczas dostępu do pamięci Flash, skorzystano z buforowania za pomocą sprzętowego akceleratora ART (Adaptive Real-Time), który rozkłada 128-bitowe słowa z pamięci Flash na 16- lub 32-bitowe słowa, które są kolejkowane w lokalnej pamięci cache. Układy z rodziny STM- 32F7 mogą być taktowane nawet zegarem 216 MHz mimo zaawansowanej budowy tych podzespołów, producent zachował kompatybilność pod względem rozmieszczenia wyprowadzeń w obudowie i charakterystyki elektryczno-czasowej sygnałów z mikrokontrolerami z rodziny STM32F4. Dzięki temu ewentualna modernizacja starszego projektu nie powinna nastręczać dużych problemów. W przypadku, gdy tworzone urządzenie wymaga wydajności wyższej niż dostępna w ramach układów STM32L4 i STM32L4+, ale sięganie po rdzenie Cortex-M7 nie jest konieczne, warto zwrócić uwagę na nieco starszą, ale sprawdzoną rodzinę STM32F4, bazującą na rdzeniu Cortex-M4. Układy te nie mają tak zaawansowanych funkcji oszczędzania energii, jak rodziny STM32L4 i STM32L4+, ale cechują się dobrą wydajnością i niskimi cenami.

    Zestawy deweloperskie

    STMicroelectronics przygotował również szereg zestawów startowych, które ułatwiają rozpoczęcie prac z mikrokontrolerami z rdzeniami Cortex-M4 i Cortex-M7 oraz prototypowanie urządzeń opartych na nich. Dostępne zestawy deweloperskie można podzielić na trzy grupy: Nucleo, Discovery i Eval. Płytki STM32 Nucleo pozwalają praktycznie każdemu na szybkie przetestowanie nowych pomysłów z niemal dowolnymi mikrokontrolerami STM32. Układ wyprowadzeń płytek Nucleo został zestandaryzowany tak, by można było do nich podłączać dodatkowe moduły sprzętowe. Płytki są też zgodne pod względem wyprowadzeń z Arduino, co umożliwia bezproblemowe łączenie ich z tymi popularnymi modułami. Ponadto zawierają wbudowany debugger/programator ST-Link, a więc nie ma potrzeby stosowania żadnych dodatkowych narzędzi. Całość wspierana jest przez bogate oprogramowanie, w tym obszerne biblioteki programowe i przykłady kodów źródłowych. Płytki Nucleo współdziałają z oprogramowaniem firm IAR, Keil, mbed i innym. Zestawy STM32 Discovery to również niedrogie, ale kompletne rozwiązania, przygotowane na potrzeby testowania i sprawdzania możliwości mikrokontrolerow STM32. Nie są tak zestandaryzowane jak moduły Nucleo, ale mają wszystko, co potrzebne, by zaprezentować określone specyficzne cechy wybranej grupy podzespołów. Są dostarczane wraz z odpowiednimi bibliotekami programowymi i szeregiem przykładowych programów, w pełni demonstrujących możliwości mikrokontrolerów. Mają też zintegrowane debuggery i programatory. Najbardziej zaawansowane, a przez to i nieco droższe, są zestawy ewaluacyjne serii Eval, ktore w kompletny sposób prezentują możliwości i pozwalają na testowanie mikrokontrolerów STM32. Zostały one pomyślane jako swoiste projekty referencyjne, zbudowane z wykorzystaniem danych MCU i powiązanych z nimi podzespołów. Jednymi z najciekawszych zestawów z serii Nucleo, będącymi zarazem dobrymi reprezentantami tej grupy produktów, są modele wyposażone w mikrokontrolery STM32F746ZG (1 MB Flash, 340 KB RAM) i STM32F767ZI (2 MB Flash, 512 KB RAM). W ramach tych zestawów dostępne są:

    • programator-debugger ST-Link/v2-1 (mogący pracować jako: wirtualny COM, urządzenie pamięci masowej, interfejs debugujący), zgodny z mbed.org,

    • interfejs USB OTG ze złączem Micro-AB,

    • interfejs Ethernet IEEE-802.3-2002,

    • trzy diody LED,

    • dwa przyciski, w tym jeden do aplikacji użytkownika,

    • dwa zestawy złączy peryferyjnych: ST Zio (zgodne z Arduino Uno v3) oraz ST morpho.


    Mikrokontrolery - po które z nich warto sięgnąć?
    Mikrokontrolery - po które z nich warto sięgnąć?


    Dzięki prostej budowie, ceny tych zestawów są bardzo atrakcyjne. Jako przykłady zestawów serii Discovery warto przytoczyć dwa modele z mikrokontrolerami z rodziny STM32F7. Są to STM32F746G-DISCO i STM32F769IDISCO, przy czym ten drugi jest dostępny również w wersji STM32F769I-DISC1, a więc pozbawionej wyświetlacza LCD. Zestaw STM32F746G-DISCO wyposażono w pamięć SDRAM o pojemności 128 Mb (z czego mikrokontroler wykorzystuje 64 Mb), 128 Mb pamięci Flash z interfejsem Quad-SPI, dwa mikrofony MEMS, interfejs ethernetowy IEEE- 802.3-2002 oraz 4,3-calowy wyświetlacz z matrycą 480×272 piksele, zintegrowany z pojemnościowym panelem dotykowym. Zestaw wyposażono także w złącze kamery CCD, sterownik i wzmacniacz audio, interfejsy USB OTG HS oraz USB OTG FS ze złączami Micro-AB, złącze dla karty Micro SD i przycisk dla aplikacji użytkownika. Co ciekawe, zestaw ma złącza umożliwiające podłączenie modułów zgodnych z Arduino UNO v3 oraz wbudowany programator debugger ST Link/v2-1, ktory jest zgodny m.in. z mbed.org.Zestaw STM32F769I-DISCO wydaje się bardzo podobny do powyższego, ale w praktyce mocno rożni się wyposażeniem. Poza innym mikrokontrolerem w STM32F769I-DISCO zastosowano także:

    • cztery zamiast dwóch mikrofony MEMS (dołączone do interfejsu DFSDM),

    • interfejs ethernetowy, wspierający PoE (IEEE 802.3af), który umożliwia zasilanie urządzeń o mocy do 3 W za pomocą okablowania sieciowego,

    • wyświetlacz LCD z interfejsem MIPIDSI, zintegrowany z pojemnościowym ekranem dotykowym.

    Wśród przykładów oprogramowania przygotowanego na te zestawy znalazły się m.in. odtwarzacze multimedialne, rejestrator audio, sieciowy serwer VNC oraz interfejsy użytkownika, bazujące na bibliotekach graficznych TouchGFX i Embedded Wizard.

    Podsumowanie

    Zaprezentowane w niniejszym artykule produkty to prawdopodobnie najciekawsze układy i zestawy z bardzo popularnej serii STM32. Warto przyjrzeć się im w pierwszej kolejności podczas tworzenia nowych aplikacji. Wszystkie są dostępne prosto z magazynów firmy Micros, która dostarcza także szereg innych produktów marki STMicroelectronics i konkurencyjnych producentów. W ofercie Microsa znaleźć można również mikrokontrolery rodzin STM32F0, STM32F1, STM32F2, STM32F3, STM32L0, STM32L1, STM8S, STM8L i wielu innych.

    Micros sp. j. W. Kędra i J. Lic
    Źródło: "Elektronik" 2018/09, s. 100-103.


    Mikrokontrolery - po które z nich warto sięgnąć?

    Artykuł sponsorowany od Micros http://micros.com.pl/

  • #2 06 Lis 2018 21:13
    _lazor_
    Moderator Projektowanie

    Mogę się jeszcze przyczepić do tłumaczenia?

    "obsługują przetwarzanie potokowe z predykcją i podziałem na 6 etapów"
    what?
    Chyba chodzi o to "6-stage superscalar + branch prediction" co nijak ma się do tłumaczenia, dodatkowo można dodać że są one "in-order" co jest istotne.

    Ja bym to przetłumaczył bardziej jako "obsługują przetwarzanie superskalarne z przewidywaniem rozgałęzień bez zmiany kolejności wykonywania rozkazów z podziałem na 6 potoków"

    edit
    hmm w sumie zamiast " podziałem na 6 potoków" to bardziej by pasowało "z 6 stopniowym potokiem"

  • #4 07 Lis 2018 18:12
    Matheu
    Poziom 19  

    magic9 napisał:
    Dzięki prostej budowie, ceny tych zestawów są bardzo atrakcyjne. Jako przykłady zestawów serii Discovery warto przytoczyć dwa modele z mikrokontrolerami z rodziny STM32F7. Są to STM32F746G-DISCO i STM32F769IDISCO, przy czym ten drugi jest dostępny również w wersji STM32F769I-DISC1, a więc pozbawionej wyświetlacza LCD.

    Piszesz, że "cena jest bardzo atrakcyjna" ???
    to znaczy? - konkrety proszę!
    Lanie wody to można w TV/ reklama

  • #5 14 Lis 2018 14:19
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    magic9 napisał:
    STM32L4+ i cechuje się bardzo wysoką, jak na pobór mocy, mocą obliczeniową, dochodzącą do 150 DMIPS przy taktowaniu 20 MHz.

    Poprawna wartość to 120 MHz. Przy 20 MHz, to chyba tylko najnowsze, wielordzeniowe konstrukcje Intela mają szanse na uzyskanie 150 DMIPS; jako całość, nie na rdzeń.

  Szukaj w 5mln produktów