搭载CortexM4核心MCU效能直逼DSP.docx

1、搭载CortexM4核心MCU效能直逼DSP搭载Cortex-M4核心MCU效能直逼DSP有鉴于数位讯号处理器(DSP)导入设计门槛较高，加上微控制器(MCU)效能不断提升，与低阶DSP的区隔越来越小。为提供终端产品制造商更易使用、讯号处理功能更佳的微控制器，安谋国际(ARM)推出新一代最高效能微控制核心Cortex-M4，并内建浮点运算单元(FPU)，可符合中低阶DSP应用所需。杨正廉指出，加入STM32F4系列后，意法半导体授权安谋国际Cortex-M系列核心微控制器产品将更为完整，提供客户更广泛的产品选择。意法半导体(STMicroelectronics)产品行销经理杨正廉表示，Cort

2、ex-M4为目前安谋国际效能等级最高的微控制器矽智财(IP)核心，分为内建或未含浮点运算功能两种版本，其中，加入浮点运算功能的Cortex-M4核心，效能可与中低阶DSP媲美，而搭载该核心的高效能32位元微控制器，即可成为须要DSP功能的产品制造商另一个易导入、易于开发的新选择。随着Cortex-M4的推出，微控制器厂商无不跃跃欲试，以期扩大现有32位元微控制器市场范畴。先前恩智浦(NXP)已率先发表整合Cortex-M4与M0的双核心微控制器产品；飞思卡尔(Freescale)也于2010年底发布Cortex-M4架构的微控制器；意法半导体则是领先业界，正式量产该公司采用Cortex-M4核

3、心的STM32F4系列微控制器，德州仪器(TI)也预计于9月底发表Cortex-M4核心架构的微控制器系列，各家厂商不约而同皆认为，新的Cortex-M4核心微控制器对DSP将造成极大威胁。不同于其他厂商标榜产品可取代低阶DSP，杨正廉则指出，根据各家厂商技术的不同，Cortex-M4微控制器产品可涵盖的DSP应用等级也不同，而意法半导体的STM32F4系列为现阶段效能最高的微控制器产品，可取代约六到七成的中低阶DSP应用，超高阶DSP应用领域如国防、航太以及基地台等网通设备则并非目前32位元微控制器可触及的范围。针对Cortex-M4核心的新系列微控制器，杨正廉强调，意法半导体STM32F4

4、全数内建FPU功能，功耗可接近8位元微控制器，待机时间仅须1微安培(A)，核心处理速度可达168MHz、210DMIPS，更重要的是，STM32F4与其他不同等级STM32微控制器接脚皆相容，客户可无缝升级，藉此提升客户转用新产品的意愿。该产品适用于医疗电子、车用娱乐、电源相关、可携式装置等，目前已有台湾电源、销售端点(POS)、验钞与可程式控制器相关业者采用STM32F4。迄今全球性能最高、基於Cortex-M的微控制器：STM32F4系列ARM架構的MCU/eMPU近3年來在全球市佔率飛快的提升，基於ARMCortex-M架構的MCU供應商族繁不及備載，如何以高效能、高附加價值兼顧低功耗、

5、低成本獲得業界青睞，就成為MCU供應商的決勝關鍵意法半導體(簡稱ST)是跨國性的半導體公司，轄下劃分為無線通訊(Wireless)、車用電子暨消費性電子電腦與通訊設施(Automotive,Comsumer,Computer&CommunicationInfrastructure；ACCI)以及工業與多區段市場(IndustrialandMulti-SegmentSector)3大事業群，總部位於瑞士日內瓦，包含ST-Ericsson全球員工數超過53,000人，2010年營收為103.5億美元，是歐洲第1大半導體公司，以及全球第5大半導體公司。ST擁有義大利AgrateBrianza、Cat

6、ania、Crolles、Rousset、法國Tours、新加坡等地共15座晶圓廠，另外在大陸、馬來西亞、馬爾他、摩洛哥、菲律賓和新加坡設有組裝測試廠。在全球36個國家設有78個銷售處。意法半導體產品行銷經理楊正廉。意法半導體產品行銷經理楊正廉先生，首先引用SemicastResearch市調資料指出，在全球32/64bitMCU/eMPU市佔率中，ARM架構的MCU/eMPU，從2007年13.6%成長到2010年的23.5%，而x64/x86MCU/eMPU市佔率從2007年的22.5%到2010的22.7%維持平盤，市調機構均樂觀估計2011年ARM架構仍會維持強勁而穩健的成長。同時AR

7、M授權的Cortex-M系列MCU，在2010年全球市場總銷售量達1.44億顆，其中STM32出貨量累計到2011年1Q為止，突破7,000萬顆，佔全球Cortex-MMCU累積出貨量45%；另外在Google搜尋關鍵字/關鍵頁面的數量上，STM32被搜尋數，從2009年起也超越其他供應ARMCortex-M的競爭供應商。楊正廉表示，忘掉傳統業界對MCU做8/16/32bit位元寬度上的區分，ST所提供的STM32架構，將以高效能與低耗能兼顧、單一32位元ARMCortex-M0/M3/M4架構來一統天下，它將涵蓋所有8/16/32bit的嵌入式消費型工控應用。ARMCortex-M4的超低功

8、耗微核心、內建浮點運算處理器(FPU)、可程式化中斷處理機制，以及數位訊號處理(DigitalSignalProcessing；DSP)所需要的SIMD單週期累乘加電路(MAC)，可提供較Cortex-M3在DSP與MP3播放效能提升50%，也比同時脈ARM9E微核心架構快上525%。而ST最新推出的STM32F4採ARMCortex-M4微核心架構，工作電壓為1.7V3.6V，待機功耗最低僅1A(RTC)；採192KSRAM與1MBFlash記憶體容量設計，具備3組12bitADC與兩組全雙工(FullDuplexI2S)週邊介面設計，並提供易於使用與開發的C語言工具套件與函式庫支援。同時S

9、TMF4提供超過30種規格版本，並與原先STM32L1、F1、F2全系列MCU達成腳位相容，使開發商原先針對STM32L1、L2、F2設計的產品，能夠無縫的移轉升級到STMF4MCU以加快執行效能與多媒體視訊音訊的處理速度。多重創新技術強化MCU運算效能與應用楊正廉指出，STM32F4是目前世界上最高效能的Cortex-M微核心架構的MCU，它以領先業界的168MHz高運作頻率，創下210DMIPS運算效能，以及363Coremark的效能評分，均較既有提供Cortex-Mx微架構的競爭對手Freescale、Renesas、Nuvoton等快上許多。他進一步提到STMF4提供超越業界相同架構

10、性能的技術關鍵，首先是STsARTAccelerator技術，在連接到Cortex-M4核心電路的雙通道、4線交叉的128bitSRAM指令提取執行匯流排設計，以及8通道、128bit寬度的Flash5快閃記憶體匯流排之間；透過ARTAccelerator提供匯流排智能仲裁取可調變的存取優化設計，使得Flash記憶體能在168MHz全速運作時脈下，依然達到零等待狀態(0-waitstate)的高速資料讀寫作業。其次是STM32F4採取32位元多重AHB匯流排(Multi-AHBBusMatrix)陣列化設計，可同時應付MCU核心MP3解碼、資料解壓到112KBSRAM、DMA直接記憶體存取到I

11、2S、以及從Flash記憶體抓取圖像像素資料以DMA方式到顯示控制電路的加速處理等作業。在低功耗設計方面，楊正廉認為真正的低功耗MCU，不僅僅只是當行動裝置進入待機或睡眠模式的低功耗表現，因為此時裝置的軟體是停止執行的狀態，應該連同該MCU在與全速運轉模式下功耗並參照其所佔的時間比例來綜合評斷。他認為其他競爭對手宣稱的低功耗數值，僅有在整個系統約90%時間均處於不做任何事情的低功耗模式下，才能有這樣的表現。而STM32F4從真正的源頭，也就是從MCU的核心電壓與週邊驅動電壓方面著手，STM32F4系列採用90奈米製程技術，MCU核心電壓設計僅1.2V，連週邊驅動電壓(Vdd)也降至1.7V，在

12、ART加速技術降低Flash記憶體存取的等待週期下，待機功耗僅1A(RTC時鐘供電)，加上4KBSRAM供電也僅需2A。在週邊搭配上，對外可連接IEEE1588v2Ethernet乙太網路控制標準，支援雙USBOTG與兩個全雙工I2S週邊，並內建電源監控、2.44MSPSADC類比電壓轉換與待機功耗僅1A的硬體編碼解碼引擎線路。另外，STM32F4MCU內建的192KBSRAM與1MBFlash容量，足以儲存大多數內嵌式消費性電子產品操作所需的韌體、軟體、RTOS作業系統，以及與各種軟體應用的協定堆疊層，而無需額外的記憶體；同時提供4KB電池供電維持內容的SRAM設計，可作為儲存資料、參數與設

13、定備份之用。另外528bytesOTP唯讀記憶體的設計，可提供獨一無二的ID碼，供EthernetMAC乙太網路控制器做網路封包編碼控制，或編解碼引擎運作時起始種子值之用。全系列封裝腳位高相容性豐富的軟硬體開發套件楊正廉強調，目前STM32L1/F1/F2/F4全系列超過250種版本，均使用相同的開發軟體套件，並且在相同封裝的版本維持腳位相容的設計。STM32F4目前有512KBFlash與1MBFlash兩種快閃記憶體容量，以及64pinsLQFP/CSP、100pinsLQFP、144pinLQFP與176pinLQFP/UFBGA等4種封裝，目前提供STM32F407VE、STM32F4

14、07ZE、STM32F407IE、STM32F417VE、STM32F417ZE、STM32F417IE；STM32F405RG、STM32F405VG、STM32F405ZG、STM32F407VG、STM32F407ZG、STM32F407IG、STM32F405ZG；STM32F415RG、STM32F415VG、STM32F415ZG、STM32F417VG、STM32F417ZG、STM32F417IG等共18種版本，以提供Ethernet、2xUSBOTG、CameraI/F或1xUSBOTG，以及有無Encryption編解碼引擎等的規格差異。至於STM32開發工具與軟體部份，也

15、是相當齊全且具備延展性。ST提供全系列產品的工程評估板(EVB)，例如349美元的STM3240G-EVAL，以及14.9美元的STM32F4DISCOVERY偵錯附加套件，支援所有對外設計介面並可連接任何週邊，ST提供的開發工具，對開發工程原型機相當具備成本效益；另外業界也可選擇目前在ARMMCU產業生態上所使用的其他廠家的IDE開發套件，例如RAISONANCE、Aiji、Hitex、IARSystem、Atollic、iSystem、GreenHills、KEIL、LAUTERBACH、SIGNUM、TASKING、expresslogic與CMXSystem等廠商產品可供選擇。楊正廉總

16、結STM32F4系列MCU的特點，它是全球最高效能的Cortex-M系列微控制器，STM32F4的家族把STM32擴展到超過250個以上的家族成員產品版本。而全球幾乎每兩顆Cortex-M微控制器，就有1顆是ST所生產的STM32微控制器。目前STM32系列MCU普遍應用於汽車電子、智慧電網、家用網路連結等，客戶已實作的產品有POS條碼閱讀器進銷存管理系統、工業自動化與太陽能光電板、交通運輸、醫療電子、智慧建築、居家保全/火警偵測裝置、測試與量測儀器、消費性電子裝置、通訊產品，以及應用在觸控人機介面、網路閘道器、慢跑健身器、LED電視背光模組、Wi-Fi無線FullHD高清傳輸裝置等應用。楊正

17、廉說，目前廠商正積極開發雲端方面的應用，未來將會有更多產品使用STM32系列微控制器。STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4(2012-01-0208:58)1简介STM32F4系列基于ARMCortex-M4内核，采用了90纳米的NVM工艺和ART（自适应实时存储器加速器，AdaptiveReal-TimeMemoryAccelerator）。ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，将Cortext-M4的性能发挥到了极致。STM32F4系列可达到210DMIPS168MHz。集成了单周器DSP指令和FPU（floatingpointunit，浮点单

18、元），提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制。STM32F4系列引脚和软件兼容于当前的STM32F2系列产品。技术特征 超快速数据传送采用多达7重AHB总线矩阵和多通道DMA控制器，支持程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率非常快 FPU（浮点单元）集成了单精度FPU，提升控制算法的执行速度和代码效率 高集成度达1M字节的片上FLASH存储器，192K字节的SRAM，复位电路，内部RC，PLL，1uA的RTC 连接性Camera接口8到14位camera接口可连接CMOS的camera传感器，可支持达67.2Mbytes/s加密/哈希硬件处理器AES128，192，256，Triple

19、DES,HASH(MD5,SHA-1)AES-256加密能力达149.33Mbytes/sEthernetMAC10/100IEEE1588v2支持MII和RMII2个USBOTG 音频专用的音频PLL和2个全双工的I2S 多达15个通讯接口包括6个UASRT，可运行到10.5Mbits/s3个SPI，可运行到42Mbits/s3个I2C2个CAN1个SDIO 模拟2个12位DAC3个12位ADC，可达到2.4MSPS或在交替模式中达7.2MSPS 多达17个定时器16位的和32位的定时器，可运行到168MHz 其他外设CRC计算单元模拟的真正随机数发生器外部存储器接口存储器加速器（从FLAS

20、H中执行相当于零等待状态，性能达168MHz）STM32F4运算性能STM32F4具有了DSP和FPUDSP：哈佛结构、单周期、浮点、桶形移位等等；FPU：单精度、更高的代码效率、快速上市、简化了饱和和缩放运算、方便支持多种语言工具。IMGtitle=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4name=image_operate_23951323792833765alt=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4src=IMGtitle=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4name=image_operate_

21、20581323792458812alt=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4src=2STM32F4产品IMGtitle=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4name=image_operate_53981323792834593alt=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4src=3评估板STM32F4-DiscoverySTM32F4-DISCOVERY可以帮助工程师去发现STM32F4高性能特性，并且容易地开发产品。它包括了初学者和用户快速地体验功能。STM32F4-Discovery基于ST

22、M32F407VGT6，板上包括了一个ST-LINK/V2调试工具和2个STMEMS、USBOTG接口等。以及大量的软件例程。官方F4网站：IMGtitle=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4name=image_operate_66281323792915765alt=STM32F4入门前的热身之一：认识stm32F4Cortex-M4src=功能： STM32F407VGT6微控制器：32-bitARMCortex-M4Fcore，LQFP100封装的MCU拥有1MBFlash,192KBRAM 板上ST-LINK/V2调试器/编程器：板上的ST-LINK

23、/V2可以单独使用，调试/编程用户自己的目标板，其接口是SWD接口。、 USB供电或者是外部5V供电 外部电源：3.0V5.0V LIS302DL,STMEMSmotionsensor,3-axisdigitaloutputaccelerometer CS43L22,audioDACwithintegratedclassDspeakerdriver 8个LED LD1(red/green)forUSBcommunication LD2(red)for3.3Vpoweron 4个供用户使用的LEDs,LD3(orange),LD4(green),LD5(red)andLD6(blue) 2USB

24、OTGLEDsLD7(green)VBusandLD8(red)over-currentSTM3240G-EVALSTM3240G-EVAL评估板是的一个完整的演示和开发平台。板上芯片使用STM32F407IGH6，高性能的ARMCortex-M4的32位微控制器。板上提供了全功能的硬件特性帮助评估STM32F4的所有外设。这些外设有：USBOTGHS，USBOTGFS,Ethernet,Motorcontrol,CAN,MicroSDcard,smartcard,USART,AudioDAC,RS-232,IrDA,SRAM,MEMS,EEPROM等等。在线调试器ST-LINK/V2工具能容易地用于JTAG和SWD接口的调试和编程。4Cortex-M4