高性价比MCU的传奇 —— STM32H7系列

只看该作者 · 2020-10-28 14:50

高性价比MCU的传奇 —— STM32H7系列

STM32可以列出很多关键词，跨界通用、全面覆盖、完整生态、超低功耗、多种应用。而高性价比是最受用户关注的关键词。

自2007年，作为主流供应商推出世界第一款Cortex-M MCU，到2020年新推出的H7系列高性能大内存产品，十几年来，ST在MCU市场上不断加大创新力度，STM32持续出新。5大家族、17条产品线、千款型号、I/O兼容，STM32大家族跨越通用、超低功耗、高性能和超高性价比MCU，全面覆盖各种应用需求，打造出了32位MCU的大帝国。

谈到STM32的高性能家族产品，大家已经对STM32F2/F4/F7耳熟能详。之后的STM32H7系列继承和发展了高性能产品家族的特性，其中单核的H743/750和双核745/747也已经得到了广泛应用。2020年初，ST推出STM32H7A3。2020年9月，H7系列又出新品，STM32H723将高性能与低价格的平衡推到极致。

▲ STM32F2/F7/H7高性能各系列

Coremark/DMIPS对比

STM32H7各产品应用定位如下：

STM32H743：单核480MHz及丰富的资源，适用于工业、医疗及消费类应用；
STM32H745：双核架构、125度耐温以及强大的运算能力，适应于工业应用的苛刻环境；
STM32H747：内置MIPI DSI, 满足同时需要高性能及显示要求的应用；
STM32H7A3：内置大容量1.4MB SRAM及低功耗，适用于家电及工控显示应用；
STM32H723：单核最强性能及高性价比，适用于工业、医疗及消费类成本敏感型应用。

▲ STM32H7各产品应用定位

细说 STM32H7

STM32H7 使用三电源域架构：主处理域、低功耗域、外设域。三电源域架构有效防止系统漏电流的产生、从而降低整体运行功耗；三电源域可按照需求自由关闭，制定灵活的低功耗方案；所有电源域的外设资源可自由分配到单核或者双核使用、灵活配置。

▲ STM32H7系列电源域架构

STM32 H7系列主要特性：

Cortex-M7 480MHz主频

- 双核Cortex-M4 240MHz (仅STM32H7x5/H7x7系列)
- 2400 Coremark， 1027DMIPS
- 双精度浮点运算单元
- 16+16KB 一级缓存
- 64KB ITCM 和 128KB DTCM 快速访问内存
- 最高总线速率达到240MHz

2MB 内部 Flash

- 双区设计、可不停机升级
- 每页128KB，带ECC校验

分散式 1MB SRAM

- CM7内核：64KB ITCM 和 128KB DTCM
- AXI总线：512KB
- AHB总线：288KB
- 低功耗域：64KB
- 全部SRAM都带有ECC校验

H7系列具有强大的内核，Chrom-ART Accelerator 和MJPEG codec 可减轻90%以上的CPU工作负荷，图像显示效果佳；主DMA能处理**体和外设之间最复杂的数据传输配置，最多提供16个通道减轻CPU工作负荷，可横跨各种外设，高效率传输资料；在安全管理方面，使用专属加密技术和哈希硬件加速，可减轻90%以上的CPU工作负荷；高精度计时器(2.1ns) 能产生复杂波形，与多重事件同步，无须CPU辅助。

▲ STM32H7系列的典型案例 - 3D打印机

STM32H743_H753/STM32H745_H755/STM32H747_H757系列的典型应用案例是3D打印机。其中，Cortex-M7作为高速运算处理器，负责处理显示部分，实时处理部分由Cortex-M4负责。一颗MCU即可完成整个打印机功能，大大节省系统元器件数量。

STM32H7A3/STM32H7B3主攻图像应用，如家庭控制板，温控器等。AXI总线：1MB(2x384KB + 256KB)连续地址SRAM有助于图像处理；支持串行PSRAM外扩。图像Chrom-GRC在圆形显示时减少20%的缓存资源。OctoSPI 接口能更快速地连接外部存储器，并支持 OctoSPI PSRAM，大容量内部RAM。

STM32H7A3/STM32H7B3内嵌图像处理引擎，能够支持高分辨率显示应用，并能优化中低分辨率显示应用。仅使用64pin 封装就能满足图像显示应用，无需扩展SRAM，令系统架构简单，PCB面积更小，成本更低。

▲ STM32H7X3系列的典型案例 - 智能家电显示控制板

在STM32H7A3/STM32H7B3的典型案例——智能家电显示控制板的系统架构中，ITCM和DTCM主要放置常用代码；实时控制部分通过SDMMC和传统通讯接口，进行传感器以及马达驱动控制，在执行上实现了真正的零等待过程。

H7功耗优化功能非常突出。

▲ STM32H7优异的能效表现

在运行模式下，传统的STM32F7功耗为500uA/MHz。使用H7，功耗仅为258 uA/MHz，使用SMPSDC/DC供电模式，功耗还会再缩减一半，仅为F7的四分之一。

在停止模式下，F7功耗大概为370 uA，STM32H745在SMPS供电方式下，功耗为60 uA，如果使用STM32H7A3，功耗可达32 uA。

性价比之王：STM32H723/H733和STM32H725/H735

STM32H723_H733 和 STM32H725_H735 系列近期已全球发布。该系列的主频和外设资源丰富很多，但价格更便宜。产品集成了以太网，内存扩展，TFT LCD显示驱动，对于工业网卡、变频器、伺服器等应用非常有优势。

新品 STM32H72x 将价格推向极致，一样的价格，5倍的性能。

▲ STM32H72x 系列与以往高性能系列性能对比

性能方面， STM32H72x 系列在 550MHz 的CPU主频下，从Flash执行程序时，能够实现2778 CoreMark /1177 DMIPS 的性能，借助L1缓存可实现零等待执行；L1缓存（32 KB的I-缓存 +32 KB的D-缓存）提高外部存储器的执行性能。

▲ STM32H723_H733和STM32H725_H735系列的处理性能

该系统拥有共享型ITCM：ICTM与AXI总线RAM共享一个192KB存储空间，可配置，针对高主频和性能情况下，通过配置达到代码执行最高效率。

数学加速器是另一个新功能，一方面做三角函数运算，另一方面作为数字滤波加速器，能够实现功能加速与减轻CPU负担。

在显示方面，该系列通过Chrome-ART 加速器，使用内部RAM时，LCD-TFT 支持高达800x600分辨率，最小封装仅为QFN-68 。

相较于之前推出的高性能超值系列 STM32F730/750/H750，最新问世推出的STM32H7B0/H730，延续了STM32H7A3和STM32H723系列的主要特性，除flash配置为128k外，其他配置都相同。该系列特别适合价格敏感的客户应用。

STM32H7的生态系统

与其他STM32产品一样，ST为H7系列产品提供了从硬件、软件开发工具等完整的生态系统。

▲ STM32H7软件开发平台

在软件工具方面，ST提供从调试、开发、配置、监测一站式开发平台。