Cortex-M内核微控制器高性能之王STM32F413测评

只看该作者 · 2017-1-20 13:25

本帖最后由 jully_bj 于 2017-1-20 13:29 编辑

Cortex-M内核微控制器高性能之王STM32F413测评
“STM32F4系列单片机(MCU)采用了意法半导体的NVM工艺和ART加速器TM,在180MHz的工作频率下通过闪存执行指令时可实现225DMIPS/608 CoreMark的性能，是迄今所有基于Cortex-M内核的控制器产品所达到的最高性能得分。”这是意法官网对STM32F4系列MCU的评价。
它有三个级别：
1）       高级系列，180 MHz CPU/225 DMIPS，高达2MB的双区闪存，带SDRAM控制器和 Chrom-ART加速器。
2）       基础级系列
3）       入门级系列，基于最低成本考虑的 STM32F4系列。
STM32f413/423为入门级产品，采用意法半导体90 nm工艺，使用ART加速器和动态功耗调整功能，从Flash存储器执行指令，运行模式下可实现低至112 µA/MHz的电流消耗。停机模式下，功耗低至18 µA。
今天有幸拿到ST Nucleo的入门级STM32F413开发板Nucleo-144，就由我带您来先睹为快！

1-1       Demo板正面
板子沿用ST Nucleo系列的精简包装，清晰的芯片特性，背面贴心的入门使用简介。

1-2       Demo板反面
这和STM32F412开发板简直就是双胞胎，来看看都有哪些资源吧！

1-3       Nucleo-144正面

1-4       Nucleo-144反面
板子由两部分组成：
1）       ST-LINK/V2-1调试
       板载SWD接口方便编译和调试，并可以通过跳线帽来选择模式，变成标准的ST-LINK/V2-1。
       USB多功能接口，集虚拟串口，大容量存储和调试三种功能于一身。
2）       STM32微处理器板
       丰富的外部扩展口
USB OTG 或全速设备的Micro-AB接口
IEEE-802.3-2002网络接口
3个用户LED灯，两个按键：用户和复位
GPIO引脚接口，兼容arduino接口

1-5 GPIO扩展口
       核心处理器STM32F413ZH

1-6  LQFP144封装STM32F413ZH
板载意法半导体公司STM32F4系列的413ZH，它是一款ARM Cortex-M4 32位RISC指令内核CPU, 工作频率100 MHz，集成了 1.5 MByte Flash,320K字节SRAM,ART Accelerator加速器, DFSDM，并搭载FPU(浮点运算单元)与DSP(数字信号处理)。
在过去，SOC（系统单芯片）才会有所谓的DSP与FPU这类硬体加速器，其主要的功能大多负责影像或音讯处理的工作。DSP可利用乘法/累加（MAC）指令、饱和、舍入和位元操作来执行多种数**算─ 这些都是快速傅立叶转换（FFT）和有限脉冲响应（FIR）等高效过滤器开发所需的基本功能。ST（意法半导体）资深产品行销经理杨正廉则是谈到，针对讯号处理、数值运算与对应到各种应用的演算法，DSP与FPU某程度上，是相辅相成的角色，很难被加以拆分。
在DSP设计中有些必须使用组合语言的作法才能完成，而MCU的开发则使用C语言撰写。ARM就是采用C语言的方式，来统一DSP、FPU的撰写，解决了过去组合语言所造成的困扰。
随着技术的进步，MCU在32位架构也日趋成熟，开始沿用SOC的部份功能，进一步拓展了其应用范围。下图就是STM32F413的内部构成。

1-7 STM32F413内部构成
内核架构更加优化，资源集成度更高，还提供了丰富通讯接口资源。
       10x USART，速率可高达12.5 Mbit/s, 4路USART/6路UART, 支持LIN,IrDA,模式控制，ISO7816接口
       5x SPI（与I²S复用），速率高达50 Mbit/s
       4x I²C，高达1Mbps, （SMBus系统管理总线/PMBus数字电源管理协议）,两线式接口方式,为简单系统和电源管理芯片的通讯管理提供了方便,快捷,稳定接口
       3x CAN（2.0B有效）
       所有封装都带1个SDIO，频率高达48MHz, 支持SD/MMC/eMMC
       1x 全速USB 2.0 OTG
       2x 全双工I²S，最高32-bit/192 kHz
       3x 单工I²S，最高32-bit/192 kHz
       2x 数字滤波器，用于∑Δ调制器
       6x PDM接口，支持立体声麦克风
       1路SAI（Serial Audio interface串行音频接口）,音频从8kHz到192kHz,并可通过DMA设置成主模式或从模式
       2x 12位ADC，速度高达2.4 MSPS
       14x 16和32位定时器，频率高达100 MHz, 两路看门狗时钟
       支持8080/6800模式LCD 并行接口
       支持串口调试SWD&JTAG
       具有中断功能I/O口，最多可达114个，且兼容5V IO口，方便了硬件驱动。109个频率高达100MHz的IO口。
       多达24路的通讯接口
       1x 在停机模式下的低功耗定时器
       真随机数发生器
       唯一的96位ID码，为设备的安全和管理提供了方便
百闻不如一见，现在我们将开发板上电，如视频开机程序测试。
2、软件
意法半导体公司为为每颗芯片的开发提供了齐全的资料库，例程源码，也有方便的开发环境。
       ARM® Keil®: MDK-ARM(a)
       IAR™: EWARM(a)
       GCC-based IDEs (free AC6: SW4STM32, Atollic TrueSTUDIO®(a) and others)
       ARM® mbed™ online
我习惯上用Keil+STM32CubeMX组合的开发，在st的官网上查找STM32CubeMX,下载最新的版本,安装。

安装程序，一路Next下去，就OK了。

下面连接开发板到PC接口，双击CubeMX软件，选择File->new project，选择对应的芯片型号，界面如下所示：

These features make the STM32F413xG/H microcontrollers suitable for a wide range of applications:
• Motor drive and application control
• Medical equipment
• Industrial applications: PLC, inverters, circuit breakers
• Printers, and scanners
• Alarm systems, video intercom, and HVAC
• Home audio appliances
• Mobile phone sensor hub
• Wearable devices
• Connected objects
• Wifi modules
除了开发板中的LQFP144封装，还有更多。

参考：
1)[**/emb/danpianji/20160526419997.html DSP+FPU给MCU架构设计带来的新思路  作者：姚嘉洋
2)       power.21ic.com/digi/technical/201306/32833.html数字电源管理---PMBus