搭载CortexM4核心MCU效能直逼DSPWord格式.docx
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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、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、Catania、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ARM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5~25%。
而ST最新推出的STM32F4採ARMCortex-M4微核心架構，工作電壓為1.7V~3.6V，待機功耗最低僅1μA（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STMF4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性能的技術關鍵，首先是ST’sARTAccelerator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I2S、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ART加速技術降低Flash記憶體存取的等待週期下，待機功耗僅1μA（RTC時鐘供電），加上4KBSRAM供電也僅需2μA。
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1μA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、STM32F407ZE、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ARM®
Cortex™-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210DMIPS@168MHz。
集成了单周器DSP指令和FPU（floatingpointunit，浮点单元），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，TripleDES,HASH（MD5,SHA-1）
AES-256加密能力达149.33Mbytes/s
EthernetMAC10/100IEEE1588v2
支持MII和RMII
2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/s
3个SPI，可运行到42Mbits/s
3个I2C
2个CAN
1个SDIO
∙模拟
2个12位DAC
3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FLASH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FPU——
DSP：
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。
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认识stm32F4Cortex-M4"
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2STM32F4产品
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3评估板
STM32F4-Discovery
STM32F4-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STM32F407VGT6，板上包括了一个ST-LINK/V2调试工具和2个ST
MEMS、USBOTG接口等。
以及大量的软件例程。
官方F4网站：
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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/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：
3.0V~5.0V
∙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）
∙2USBOTGLEDsLD7（green）VBusandLD8（red）over-current
STM3240G-EVAL
STM3240G-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ARM®
Cortex™-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
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