Журнал "Новости Электроники", номер 18, 2007 год.

Обзор ARM-микроконтроллеров от STMicroelectronics

Алексей Пантелейчук

Компания STMicroelectronics выпускает микроконтроллеры уже более 10 лет, а на базе ARM-ядра √ с 2004 года. В статье рассматриваются особенности решений на базе ARM-ядра от компании STMicroelectronics. Некоторые из них превосходят предложения конкурентов компании по производительности, объему памяти и периферии.

Популярность ARM-микроконтроллеров растет. Рынок их постоянно увеличивается, поскольку 32-битные решения по стоимости приближаются к 8-битным, но в то же время обеспечивают большую производительность. Основное достоинство ARM-микроконтроллеров: если разработчик выбрал в качестве платформы это ядро, он может легко «переходить» от одного решения к другому независимо от производителя этого решения. Так как на сегодняшний день решения на базе ARM-ядра есть практически у всех ведущих производителей, таких как TI, NXP, STM, Freescale, Atmel, Cirrus Logic и др., разработчик может легко подобрать необходимый ему микроконтроллер, обладающий нужными характеристиками. Кроме этого, разработчику становится доступен огромный выбор инструментальных средств и программного обеспечения, что способствует ускорению выхода нового устройства на рынок.

На сегодняшний день STMicroelectronics предлагает три семейства на базе ядра ARM7, одно семейство ARM9-микроконтроллеров и одно семейство на базе ядра ARM Cortex-M3.

В таблице 1 показаны отличительные характеристики ARM7 и ARM9 микроконтроллеров и их основные области применения.

Таблица 1. Отличительные характеристики и области применения

Семейство		Особенности	Основные приложения
STR710	ARM7, до 45 MIPS от 3,0 до 3,6 В от -40 до 85°С	- большая RAM (64 КБ) - до 4 UART - Интерфейс внешней памяти - Периферийные устройства содержат CAN, USB, 4xUART и SC-интерфейс (ISO7816)	Промышленность и потребительские товары: GSM, GPS, Bluetooth®, DAB/DBM host processor, трехфазные измерители мощности, автоматические выключатели, считыватели банковских карт, кассовые аппараты.
STR730	ARM7, до 32 MIPS от 4,5 до 5,5 В от -40 до 85°С или до 105°С	- до 20 таймеров - 3 CAN, 4 UART - множество портов ввода-вывода (112) - Периферийные устройства содержат 3xCAN, 4xUART, и до 20 таймеров, 16 DMA	Промышленность и машиностроение: промышленные измерители мощности, UPS, банкоматы, регистраторы данных, тахографы.
STR750	ARM7, до 54 MIPS от 3,0 до 3,6 В или от 4,5 до 5,5 В от -40 до 85°С или до 105°С	- высокая интеграция - управление/связь - надежность и низкое энергопотребление - периферийные устройства - для управления приводами периферийные устройства содержат CAN, USB, 3xUART, улучшенные таймеры	Приводы общего назначения и с векторным управлением: бесщеточные двигатели, USB-устройства, UPS, системы аварийной сигнализации, автоматизация производства, автоматические включатели, инверторы, медицинское и портативное оборудование. Подходит для многих приложений общего назначения.
STR910	ARM9Е, до 96 MIPS от 2,7 до 3,6 В VI/O ядро - 1,8 В от -40 до 85°С	- высокая производительность (96 МГц ARM9E) - большая Flash/RAM -память (2,1 МБ/96 КБ) - наличие Ethernet - Периферийные устройства содержат Ethernet, USB, CAN, 3xUART	Коммуникационные устройства: промышленные сети, системы аварийной сигнализации, кассовые аппараты, PLC, сканеры штрих-кодов. Пополнил семейство STR7 устройством с большей памятью, производительностью и наличием Ethernet. Бинарно совместим по коду с ARM7TDMI.

Семейство STR710 поддерживается полными библиотеками для USB, что способствует простоте применения этих микроконтроллеров и ускорению разработки. Большой набор периферийных устройств, интерфейсов, среди которых USB и CAN, снижает стоимость системы за счет сокращения внешних компонентов. Гибкая система управления тактовыми частотами и напряжениями питания позволяет контролировать энергопотребление и производительность системы. Микроконтроллеры семейства содержат большой объем памяти: до 64 кБ ОЗУ и свыше 16 кБ Flash. Высококачественная встроенная Flash-память с возможностью эмулировать 16 кБ как EE, сокращает стоимость системы в целом за счет отсутствия необходимости во внешней EEPROM. STR710 доступны в разнообразных корпусах, в числе которых 8х8 LFBGA64 и 10x10 LFBGA144. Использование последних позволяет уменьшить габариты устройства.

Рис. 1. Архитектура микроконтроллеров семейства STR710

Таблица 2. Характеристики семейства STR710

Наимено- вание	Flash, кбайт	ОЗУ, Kбайт	АЦП, каналов	Таймеры		Последова- тельный интерфейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
Наимено- вание	Flash, кбайт	ОЗУ, Kбайт	АЦП, каналов	16-бит IC /OC/PWM	другие	Последова- тельный интерфейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
STR711FR0	64+16	16	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	30 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6	USB
STR712FR0	64+16	16	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	32 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6	CAN
STR715FR0	64+16	16	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	32 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6
STR710FZ1	128+16	32	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	48 (8)	TQFP144/ LFBGA144	3,0...3,6	EMI, CAN, USB
STR711FR1	128+16	32	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	30 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6	USB
STR712FR1	128+16	32	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	32 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6	CAN
STR710FZ2	256+16	64	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	48 (8)	TQFP144/ LFBGA144	3,0...3,6	EMI, CAN, USB
STR711FR2	256+16	64	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	30 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6	USB
STR712FR2	256+16	64	4x12-бит	5 (5/8/3)	WDG, RTC	2xSPI/2xI²C/ 4xUART/ HDLC/SC	32 (0)	TQFP64/ LFBGA64	3,0...3,6	CAN

Семейство STR730, архитектура которого показана на рисунке 2, отличается наличием до трех CAN-интерфейсов. Для них доступны полные библиотеки, как и для других периферийных устройств, в числе которых до 20 таймеров и до 4 UART. Микроконтроллер питается от одного источника напряжения (5 В). Это очень удобно в промышленных приложениях, тем более что STR730 работают при температуре от -40 до 105°С. Также стоит отметить наличие 16 каналов прямого доступа к памяти (DMA), за счет которых можно осуществлять обмен данными между памятью и периферийными устройствами без привлечения ядра.

Рис. 2. Архитектура микроконтроллеров семейства STR730

Таблица 3. Характеристики семейства STR730

Наимено- вание	Flash- память, кбайт	ОЗУ, кбайт	АЦП, кана- лов	Таймеры		После- дователь- ный интер- фейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
Наимено- вание	Flash- память, кбайт	ОЗУ, кбайт	АЦП, кана- лов	16-бит IC/ OC/PWM	дру- гие	После- дователь- ный интер- фейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
STR731FV0	64	16	12x 10-бит	15 (12/ 12/12)	WDG, RTC для всех	3xSPIs/ 2xI²Cs/ 4xUARTs для всех	72 (0)	TQFP100	4,5...5,5	3xCANs, 16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR736FV0	64	16	12x 10-бит	15 (12/ 12/12)			72 (0)	TQFP100	для всех	16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR730FZ1	128	16	16x10-бит	19 (20/ 20/16)			112 (0)	TQFP144/ LFBGA144		3xCANs, 16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR731FV1	128	16	12x10-бит	15 (12/ 12/12)			72 (0)	TQFP100		3xCANs, 16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR735FZ1	128	16	16x10-бит	19 (20/ 20/16)			112 (0)	TQFP144/ LFBGA144		16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR736FV1	128	16	12x10-бит	15 (12/ 12/12)			72 (0)	TQFP100		16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR730FZ2	256	16	16x10-бит	19 (20/ 20/16)			112 (0)	TQFP144/ LFBGA144		3xCANs, 16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR731FV2	256	16	12x10-бит	15 (12/ 12/12)			72 (0)	TQFP100		3xCANs, 16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR735FZ2	256	16	16x10-бит	19 (20/ 20/16)			112 (0)	TQFP144/ LFBGA144		16xDMAs, встроенный RC-генератор
STR736FV2	256	16	12x10-бит	15 (12/ 12/12)			72 (0)	TQFP100		16xDMAs, встроенный RC-генератор

Микроконтроллеры семейства STR750 отличаются низким энергопотреблением за счет гибкой системы тактирования и режимов работы. Так, например, в режиме ожидания потребление составляет 10 мкА. Микроконтроллер поддерживает такие функции, как backup clock, быстрый старт, auto wake-up. В число периферийных устройств входят последовательный интерфейс памяти, LIN-интерфейс, USB, CAN, 2 SSP, I²C, 3 UART. Микроконтроллер содержит мощную систему таймеров и АЦП, что делает его применимым в приложениях управления двигателями.

Рис. 3. Архитектура микроконтроллеров семейства STR750

Таблица 4. Характеристики семейства STR750

Наимено- вание	Прог- рам- миру- емая Flash- память	Flash- память, кбайт	ОЗУ, кбайт	АЦП, кана- лов, бит	Таймеры		После- дова- тель- ный интер- фейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
Наимено- вание	Прог- рам- миру- емая Flash- память	Flash- память, кбайт	ОЗУ, кбайт	АЦП, кана- лов, бит	12- или 16-бит IC/OC/ PWM	дру- гие	После- дова- тель- ный интер- фейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
STR750FV0	•	4	16	16x10	5x16-бит (6/6/12)	WDG, RTC для всех	2xSSP/ I²C/3xHS-UART/ CAN/USB	72 (9)	TQFP100/ BGA100	3,0...3,6 или 4,5...5,5 (без USB)	4xDMA, AWU, SMI, встро- енный RC- гене- ратор, ШИМ для управ- ления двига- телем, работа в темпера- турном диа- пазоне от -40 до 105°С (опция)
STR755FV	•	64	16	16x10			2xSSP/ I²C/3xHS-UART	72 (9)
STR750FV1	•	126	16	16x10			2xSSP/ I²C/3xHS-UART/CAN/ USB	72 (9)
STR755FV1	•	126	16	16x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART	72 (9)
STR750FV2	•	256	16	16x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/CAN/ USB	72 (9)
STR755FV2	•	256	16	16x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART	72 (9)
STR751FR0	•	64	16	11x10	5x16-бит (5/5/11)		2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/USB	38 (7)	TQFP64/ BGA64	3,0...3,6
STR752FR0	•	64	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/CAN	38 (7)		3,0...3,6 или 4,5...5,5
STR755FR0	•	64	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART	38 (7)		3,0...3,6 или 4,5...5,5
STR751FR1	•	126	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/USB	38 (7)		3,0...3,6
STR752FR1	•	126	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/CAN	38 (7)		3,0...3,6 или 4,5...5,5
STR755FR1	•	126	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART	38 (7)		3,0...3,6 или 4,5...5,5
STR751FR2	•	256	16	11x10	5x16-бит (6/6/12)		2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/USB	38 (7)		3,0...3,6
STR752FR2	•	256	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART/CAN	38 (7)		3,0...3,6 или 4,5...5,5
STR755FR2	•	256	16	11x10			2xSSP/I²C/ 3xHS-UART	38 (7)		3,0...3,6 или 4,5...5,5

Семейство STR910 отличается наличием 10/100 Ethernet с выделенным для него каналом прямого доступа к памяти (DMA), который снижает нагрузку ЦПУ. Гибкая система тактирования позволяет достичь потребления менее 1 мкА в режиме real-time clock. Поддерживает USB, CAN, SPI, I²C, UART/IrDA, имеет большое число таймеров, до 80 портов ввода-вывода, толерантных к напряжению 5 В.

Семейство STM32 построено на базе ядра ARM Cortex-M3, специально разработанного для встраиваемых, недорогих приложений реального времени. Имеют высокое соотношение производительность/потребление. Компания STMicroelectronics непосредственно принимала участие в разработке этого ядра, поэтому одной из первых предложила решения на базе Cortex-M3 (рисунок 4).

Рис. 4. Архитектура микроконтроллеров семейства STM32

Таблица 5. Характеристики семейства STR910;

Наименование	Flash- память, кбайт	ОЗУ, кбайт	АЦП, кана- лов, бит	Таймеры		Последо- вательный интер- фейс	Порты ввода- вывода общего назна- чения	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
Наименование	Flash- память, кбайт	ОЗУ, кбайт	АЦП, кана- лов, бит	12- или 16-бит IC/OC/ PWM	дру- гие	Последо- вательный интер- фейс	Порты ввода- вывода общего назна- чения	Корпус	Uпит, В	Особен- ности
STR910FM32x	256+32	64	8x10	7x16-бит (8, 8, 7)	WDT, RTC	2xSPI, 2xFC, 3xUART wirDA	40 (16)	LQFP80	ядро 1,8 V0 2,7...3,6	CAN
STR910FW32x	256+32	64					80 (16)	LQFP128		CAN, EMI
STR911FM42x	256+32	96					40 (16)	LQFP80		CAN, USB
STR911FM44x	512+32	96					40 (16)	LQFP80		CAN, USB
STR912FW42x	256+32	96					80 (16)	LQFP128		Ethernet, USB, CAN, EMI
STR912FW44x	512+32	96					80 (16)	LQFP128		Ethernet, USB, CAN, EMI

Микроконтроллеры семейства STM32 находят применение в таких приложениях, как промышленные сети, PLC, инверторы, принтеры, сканеры, системы аварийной сигнализации, системы двусторонней видеосвязи, системы кондиционирования воздуха, измерители мощности, глюкометры, приложения с батарейным питанием, системы управления приводами, периферийные устройства ПК, цифровые камеры, GPS-устройства.

Семейство STM32 состоит из двух подсемейств, STM32F103 и STM32F101, отличающихся по производительности и составу периферийных устройств (рисунок 5). Но так как эти подсемейства совместимы по выводам, разработчик может легко заменять одно на другое, масштабируя свое приложение в зависимости от требований.

Рис. 5. Архитектура микроконтроллеров семейства STM32

Таблица 6. Характеристики семейства STM32

Наименование		Програм- миру- емая Flash- память	Память прог- рамм, кбайт	ОЗУ, кбайт	Таймеры		Последова- тельный интерфейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В
Наименование		Програм- миру- емая Flash- память	Память прог- рамм, кбайт	ОЗУ, кбайт	12- или 16-бит IC/OC/ PWM	дру- гие	Последова- тельный интерфейс	Порты ввода- вывода	Корпус	Uпит, В
STM32 (ARM Cortex-M3) - 32-разрядные микроконтроллеры
36 pins	STM32F101T6	•	32	6	2x16-бит (8/8/8)	2xWDG, RTC, 24-разряд- ный обрат- ный счетчик	1xSPI/1xI²C/ 2xUSART*	26 (26)	QFN36	2...3,6
36 pins	STM32F101T8	•	64	10	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	26 (26)	QFN36	2...3,6
48 pins	STM32F101C6	•	32	6	2x16-бит (8/8/8)		1xSPI/1xI²C/ 2xUSART*	36 (36)	LQFP48	2...3,6
	STM32F101C8	•	64	10	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	36 (36)	LQFP48	2...3,6
	STM32F101CB	•	128	16	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	36 (36)	LQFP48	2...3,6
64 pins	STM32F101R6	•	32	6	2x16-бит (8/8/8)		1xSPI/1xI²C/ 2xUSART*	51 (51)	LQFP64	2...3,6
	STM32F101R8	•	64	10	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	51 (51)	LQFP64	2...3,6
	STM32F101RB	•	128	16	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	51 (51)	LQFP64	2...3,6
100 pins	STM32F101V8	•	64	10	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	80 (80)	LQFP100	2...3,6
100 pins	STM32F101VB	•	128	16	3x16-бит (12/12/12)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART*	80 (80)	LQFP100	2...3,6
36 pins	STM32F103T6	•	32	10	3x16-бит (12/12/14)		1xSPI/1xI²C/ 2xUSART7USB/ CAN	26 (26)	QFN36	2...3,6
36 pins	STM32F103T8	•	64	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	26 (26)	QFN36	2...3,6
48 pins	STM32F103C6	•	32	10	3x16-бит (12/12/14)		1xSPI/1xI²C/ 2xUSART7USB/ CAN	36 (36)	LQFP48	2...3,6
	STM32F103C8	•	64	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	36 (36)	LQFP48	2...3,6
	STM32F103CB	•	128	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	36 (36)	LQFP48	2...3,6
64 pins	STM32F103R6	•	32	10	3x16-бит (12/12/14)		1xSPI/1xI²C/ 2xUSART7USB/ CAN	51 (51)	LQFP64	2...3,6
	STM32F103R8	•	64	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	51 (51)	LQFP64	2...3,6
	STM32F103RB	•	128	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	51 (51)	LQFP64	2...3,6
100 pins	STM32F103V8	•	64	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	80 (80)	LQFP100/ BGA100	2...3,6
100 pins	STM32F103VB	•	128	20	4x16-бит (16/16/18)		2xSPI/2xI²C/ 3xUSART7USB/ CAN	80 (80)	LQFP100/ BGA100	2...3,6
* (IrDA/ISO7816/LIN master/slave)

В заключение можно еще раз упомянуть о том, что одно из достоинств ARM микроконтроллеров - большой выбор отладочных средств. В число компаний, предлагающих инструментарий для ARM-микроконтроллеров STMicroelectronics, кроме ее самой, входят такие компании как Keil, IAR, Hitex, Nohau, GreenHills, Olimex и многие другие. Для начала работы можно подобрать инструментарий, наиболее близкий по своим характеристикам к разрабатываемому устройству.