本刊記者 薛士然

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STM32 F7
—— 一顆高度智能化的MCU

本刊記者 薛士然

在ARM宣布推出最新的32位Cortex-M處理器Cortex-M7之后的第二天，意法半導(dǎo)體(ST)就推出了其基于ARM Cortex-M7的STM32 F7系列微控制器。

在討論STM32 F7能夠做些什么之前，先來看看Cortex-M7架構(gòu)與之前熟悉的Cortex-M3/M4相比，有哪些優(yōu)異的性能。Cortex-M7性能測試結(jié)果高達(dá)5 CoreMarks/MHz(CoreMark是嵌入式微處理器基準(zhǔn)評(píng)測協(xié)會(huì)開發(fā)的嵌入式微處理器性能基準(zhǔn)，作為一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該基準(zhǔn)使用一套應(yīng)用代碼算法測量微處理器的實(shí)際運(yùn)算性能)，使Cortex-M7能夠同時(shí)提供高控制能力與數(shù)字信號(hào)處理能力，幫助微控制器制造商在提供要求極高的嵌入式應(yīng)用時(shí)，仍能將研發(fā)成本控制在很低的水平。與現(xiàn)有的Cortex-M系列產(chǎn)品相同，Cortex-M7也提供適用于C語言的程序模型，而且與現(xiàn)有的系列產(chǎn)品二進(jìn)制兼容。Cortex-M7主要目標(biāo)為增強(qiáng)音頻/影像傳感器中樞的處理器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的高能效本地處理器、工業(yè)控制和電機(jī)控制的處理器，以及Sensor hub協(xié)處理器等。

意法半導(dǎo)體微控制器市場總監(jiān)Daniel Colonna先生在具體介紹STM32 F7之前，先拋出了一個(gè)問題——意法半導(dǎo)體為什么將此系列產(chǎn)品取名為F7？隨后他解釋說，在自然界中7是一個(gè)充滿魔力的數(shù)字，比如一周有7天，樂譜分7個(gè)音符……其實(shí)筆者認(rèn)為取名為F7，最主要的原因是STM32 F7采用的是Cortex-M7內(nèi)核，之所以強(qiáng)調(diào)數(shù)字7充滿魔力，也是希望STM32 F7系列能夠?yàn)槲⒖刂破鞯膽?yīng)用帶來更多充滿魔力的智慧功能。

貼上高智能化標(biāo)簽的STM32 F7

智商的高低與大腦大小無關(guān)，而是取決于能否適時(shí)連接適量的神經(jīng)元——STM32 F7就是在這個(gè)指導(dǎo)原則下挖掘其智能化的潛力。STM32 F7在Cortex-M7內(nèi)核外圍集成可互聯(lián)的智能化外設(shè)和總線，包括使用了意法半導(dǎo)體獨(dú)有的自適應(yīng)實(shí)時(shí)(ART Accelerator)加速器技術(shù)、內(nèi)部的嵌入式閃存和一級(jí)高速緩存，如此一來處理器訪問內(nèi)外存的代碼和數(shù)據(jù)時(shí)無需等待；同時(shí)，集成了AnAXI和先進(jìn)高性能總線矩陣，內(nèi)置雙通用直接訪存(DMA)控制器和以太網(wǎng)、通用串行總線On-the Go高速(Universal Serial Bus On-the Go High Speed)和Chrom-ARTAccelerator圖形硬件加速等設(shè)備專用DMA控制器。

高的能耗比滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代需求

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了數(shù)據(jù)處理能力提高的速度，與此同時(shí)又要求處理器的功耗要低，這本身就是一個(gè)矛盾體。STM32 F7在平衡這對(duì)矛盾時(shí)，采取了很多措施來保證達(dá)到一個(gè)最佳的能效比。Daniel Colonna先生介紹說，雖然STM32 F7的DSP性能是STM32 F4的兩倍多，工作頻率高達(dá)200 MHz，但是其在運(yùn)行模式和低功耗模式(停止、待機(jī)和VBAT)的功耗與STM32 F4保持在同一水平線上：工作模式能效為7 CoreMarks/mW；低功耗模式下，當(dāng)上下文和SRAM內(nèi)容全部保存時(shí)，典型功耗最低為120 μA，典型待機(jī)功耗為1.7 μA；VBAT模式典型功耗為0.1 μA。內(nèi)部采用了加速器技術(shù)，在提升性能的同時(shí)減少了等待時(shí)間，而且由于加入240 KB的SRAM，保證了CPU和雙通用直接訪問內(nèi)存里的數(shù)據(jù)，讀寫可以同時(shí)進(jìn)行。

幫助客戶專注于產(chǎn)品創(chuàng)新

采用ARM內(nèi)核的微控制器，本身就有ARM構(gòu)建的強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)可以使用，意法半導(dǎo)體在此基礎(chǔ)上也在努力構(gòu)建更為強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)供客戶使用。已經(jīng)熟悉使用STM32 M4的工程師不必?fù)?dān)心在使用STM32 F7時(shí)會(huì)不適應(yīng)，因?yàn)閮烧咴谝_和軟件代碼方面完全兼容。這樣一來大大減小了產(chǎn)品開發(fā)工程師的壓力，使其可以專注于產(chǎn)品創(chuàng)新而非花費(fèi)更多時(shí)間在優(yōu)化代碼上面。

STM32 F7系列采用90 nm嵌入式非易失性存儲(chǔ)器CMOS制造工藝，STM32 F7的測試分?jǐn)?shù)高達(dá)1000 CoreMarks。Daniel Colonna先生透露，意法半導(dǎo)體正在研發(fā)下一個(gè)嵌入式閃存節(jié)點(diǎn)技術(shù)，希望在未來實(shí)現(xiàn)采用Cortex-M7內(nèi)核的STM32系列產(chǎn)品的工作頻率能夠達(dá)到400 MHz，測試分?jǐn)?shù)達(dá)到2000 CoreMarks。