Nowe, "graficzne" mikrokontrolery w rodzinie STM32F4

Nowe, "graficzne" mikrokontrolery w rodzinie STM32F4
Pobierz PDF Download icon
Mikrokontrolery z rodziny STM32F4 - ze względu na zastosowany w nich szybki i bardzo mocny sprzętowo rdzeń - są stosowane w aplikacjach wymagających dużej wydajności. Jednym z docelowych obszarów aplikacyjnych tych mikrokontrolerów są interfejsy graficzne, z myślą o których producent wprowadził specjalnie wyposażone mikrokontrolery.

Pierwszym w rodzinie STM32 mikrokontrolerem "graficznym" był STM32F429, który szybko zdobył popularność, głównie dzięki zestawowi startowemu DISCOVERY (fotografia 1) wyposażonemu w kolorowy wyświetlacz LCD-TFT 2,4 o przekątnej cala (240×320 px) z naklejonym touch-panelem.

Mikrokontroler zastosowany w zestawie współpracuje z zewnętrzną pamięcią SDRAM (fotografia 2), która służy m.in. do przechowywania wyświetlanych obrazów. Zastosowanie zewnętrznej pamięci SDRAM uzupełnia wewnętrzną pamięć Flash o pojemności 2 MB oraz wewnętrzną pamięć SRAM o pojemności 256 kB, a maksymalna częstotliwość taktowania CPU wynosi 180 MHz.

Fotografia 1. Zestaw DISCOVERY z mikrokontrolerem STM32F429 wyposażono w kolorowy wyświetlacz LCD z touch-panelem

Fotografia 2. Mikrokontroler w zestawie współpracuje z zewnętrzną pamięcią SDRAM, która spełnia rolę pamięci obrazu

Dużą wydajność w aplikacjach graficznych mikrokontrolerey STM32F429/439 osiągają dzięki wbudowanemu koprocesorowi graficznemu Chrom-Art (DMA2D), który od strony konstrukcyjnej jest wyspecjalizowanym kanałem DMA.

Koprocesor samodzielnie realizuje wiele podstawowych funkcji wspomagających wyświetlanie obrazów, w tym: wypełnianie zadanych obszarów kolorem zdefiniowanym przez użytkownika, kopiowanie i przenoszenie fragmentów obrazu, konwersja formatów z bazą w CLUT (Colour Look-Up table) definiowaną przez użytkownika, nakładanie obrazów z opcjonalnym definiowaniem przeźroczystości itp. Nie jest to więc od strony funkcjonalnej "karta graficzna" w rozumieniu PC, ale doskonałe narzędzie wspomagające realizację typowych interfejsów graficznych w różnego rodzaju panelach HMI.

"Graficzne" mikrokontrolery STM32:

  • STM32F427/437: 180 MHz CPU/225 DMIPS, do 2 MB dwubankowej pamięci Flash, interfejs SDRAM, wbudowany Chrom-ART Accelerator,
  • STM32F429/439: 180 MHz CPU/225 DMIPS, do 2 MB dwubankowej pamięci Flash, interfejs SDRAM, wbudowane: Chrom-ART Accelerator oraz kontroler LCD-TFT,
  • STM32F469/479: 180 MHz CPU/225 DMIPS, do 2 MB dwubankowej pamięci Flash, interfejsy SDRAM i QSPI, wbudowane: Chrom-ART Accelerator, kontroler LCD-TFT oraz interfejs komunikacyjny MPI-DSI.

Rysunek 3. Ilustracja lokalizująca nowe typy mikrokontrolerów w dotychczasowym portfolio STM32F4

Atutem mikrokontrolerów STM32F429 /439 w aplikacjach graficznych jest wspominana wcześniej, wbudowana pamięć Flash o dużej pojemności, która pozwala na przechowywanie w niej wielu obrazów QVGA. Przeciętnie do przechowania grafiki o wymiarach 320×240 pikseli w formacie RGB256c potrzebna jest pamięć o pojemności ok. 75 kB.

Taki sam obraz w formacie RBG16b potrzebuje ok. 150 kB. W przypadku konieczności obróbki wyświetlanych obrazów pomocna może okazać się zewnętrzna pamięć SDRAM, która jest obsługiwana przez wbudowany w mikrokontrolery kontroler FMC (Flexible Memory Controller). Koprocesor DMS2D ma do niej dostęp, podobnie jak do pozostałych obszarów pamięci.

Rysunek 4. Schemat blokowy ilustrujący budowę interfejsu MIPI DSI

Ponieważ "graficzna" propozycja producenta została ciepło przyjęta przez rynek, pojawiły się kolejne mutacje mikrokontrolerów przeznaczonych dla takich aplikacji: nowe mikrokontrolery są oznaczone symbolami STM32F469 i STM32F479. Ich "lokalizację" w rodzinie STM32F4 pokazano na rysunku 3.

Podstawowe elementy wyposażenia tych mikrokontrolerów są identyczne ze starszymi układami "graficznymi", wyposażono je natomiast w nowatorski - w świecie mikrokontrolerów - interfejs graficzny MIPI DSI (Mobile Industry Processor Interface Display Serial Interface), coraz częściej stosowany w urządzeniach mobilnych. Schemat blokowy tego interfejsu pokazano na rysunku 4.

Rysunek 5. Mikrokontrolery STM32F469/479 mogą obsługiwać wyświetlacze LCD za pomocą trzech kanałów komunikacyjnych, w tym szeregowy MIPI DSI

Jego zaletą jest możliwość szeregowego transportu dużej ilości danych w krótkim czasie z wykorzystaniem - w warstwie fizycznej - interfejsu różnicowego, który minimalizuje poziom emitowanych zakłóceń EMC i jednocześnie jest odporny na zakłócenia zewnętrzne.

Konstruktorzy mikrokontrolerów STM32F469/479 wyposażyli interfejs DSI w konfigurowalny interfejs z jedną lub dwoma liniami danych oraz jedną linią taktująca (synchronizującą). W ten sposób do mikrokontrolera można dołączyć wyświetlacz LCD wyświetlający obraz w standardzie do 720p, odświeżany z częstotliwością do 30 Hz, z wykorzystaniem zaledwie 6 linii GPIO mikrokontrolera.

Na rysunku 5 pokazano trzy możliwe w mikrokontrolerach STM32F469/479 konfiguracje interfejsów służących do komunikacji mikrokontrolera z wyświetlaczem LCD. Jak widać, najprostsze jest użycie interfejsu MIPI DSI, co nie tylko minimalizuje liczbę pinów wykorzystanych do transmisji danych i poziom zakłóceń i zmniejsza liczbę elementów niezbędnych do realizacji aplikacji - to wszystko przy zachowaniu możliwości wyświetlania obrazów wideo bez utraty jakości.

Rysunek 6. Planowane przez producenta portfolio rodziny STM32F469/479

Prezentowane w artykule mikrokontrolery są obecnie dostępne w ograniczonej liczbie modeli, ale producent deklaruje szybkie poszerzenie oferty, jej docelowy kształt przedstawiono na rysunku 6. Jak widać, gama planowanych modeli jest dość szeroka i cieszy fakt, że firma STMicroelectronics ma na uwadze tanie aplikacje realizowane na 2-warstwowych płytkach drukowanych, gdzie można stosować obudowy LQFP.

Sporo wskazuje na to, że na kolejne nowości w rodzinie STM32 nie będziemy długo czekać, do czego producent tych mikrokontrolerów zdążył nas przyzwyczaić. Za miesiąc przedstawimy kolejne nowe mikrokontrolery z rodziny STM32F4 - STM32F446.

Piotr Zbysiński, EP

Artykuł ukazał się w
Maj 2015
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik lipiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje lipiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna lipiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów