STM32F7 (Cortex-M7) na pokładzie: nowy zestaw Discovery

STM32F7 (Cortex-M7) na pokładzie: nowy zestaw Discovery
Pobierz PDF Download icon
W ostatnich dniach czerwca tego roku firma STMicroelectronics wprowadziła do sprzedaży kolejny zestaw startowy z rodziny DISCOVERY - 32F746GDISCOVERY - pierwszy wyposażony w mikrokontroler STM32F7 (rdzeń Cortex-M7). Zestaw jest rekordowy, zarówno ze względu na bogate wyposażenie jak i zastosowany mikrokontroler, który niemal wszystko ma mikroprocesorowe...

Rysunek 1. Budowa i zasada działania akceleratora ART

Mikrokontrolery STM32F7 łączą cechy mikrokontrolerów (m.in. wbudowane: pamięć programu i danych, bogaty zestaw wewnętrznych peryferii, duża liczba GPIO) i mikroprocesorów (szybkie CPU z pamięcią TCMRAM, rozbudowane mechanizmy pipelineingu, wydajna magistrala komunikacyjna dla zewnętrznej pamięci SDRAM), co pogłębia "corteksowy" trend ostatnich lat.

Producent deklaruje maksymalną częstotliwość taktowania CPU w STM32F7 do 216 MHz, co pozwala im uzyskać prawdziwie "mikroprocesorową" wydajność obliczeniową 1082 CoreMark i prędkość wykonywania programu na poziomie 462 DMIPS. Pomimo kompleksowego wyposażenia mikrokontrolery STM32F7 pobierają prąd o relatywnie niewielkim natężeniu, w trybie normalnej pracy pobór prądu przez CPU nie przekracza 420 µA/MHz.

Cechy i wyposażenie zestawu 32F746GDISCOVERY

  • Mikrokontroler STM32F746NGH6 (1 MB Flash, 320 kB SRAM, 216MHz, Cortex-M7).
  • LCD-TFT WQVGA 480x272 pikseli z pojemnościowym touch-panelem.
  • Kodek audio ze wzmacniaczem mocy (słuchawkowym i głośnikowym).
  • Dwa mikrofony MEMS.
  • Ethernet 10/100 Mb/s.
  • 2×USB-OTG (FS i HS).
  • Złącza zgodne z Arduino Rev. 3 (3,3 V).
  • Złącze MicroSD.
  • Złącze kamery CCD.
  • Wejście S/PDIF.
  • Pamięć SDRAM 64 Mb.
  • Pamięć NOR Flash z QSPI 128 Mb.
  • Programator-debugger ST-Link/V2-1.
  • Zgodność z mbed.org.

Tabela 1. Wybrane parametry dostępnych typów mikrokontrolerów STM32F7xx

Przy tak dużej częstotliwości taktowania CPU jak w STM32F7, konieczne jest zastosowanie rozwiązań minimalizujących opóźnienia w dostępie do wewnętrznej pamięci Flash, która bez sprzętowego wspomagania, z powodu ograniczeń technologicznych, nie jest w stanie dostarczać danych w tempie wyższym niż 80...90 MHz.

Firma STMicroelectronics w celu minimalizacji wpływu "wąskiego gardła" Flash na prędkość pracy mikrokontrolera używa sprawdzonego we wcześniejszych rozwiązaniach sprzętowego akceleratora ART (Adaptive Real-Time). Jego działanie polega m.in. na dekompozycji 128-bitowych słów przechowywanych w pamięci Flash na słowa 16- lub 32-bitowe (rysunek 1), które są kolejkowane w lokalnej (wbudowanej w ART) pamięci cache.

Producent twierdzi, że wspomaganie odczytu zawartości Flash za pomocą ART. powodują, że nie ma konieczności używania podczas odczytu wait-state'ów dotychczas istotnie zmniejszających realną prędkość transferu danych.

Mikrokontrolery STM32F7 wyposażono zarówno w zestaw klasycznych bloków peryferyjnych, znanych z wcześniejszych modeli mikrokontrolerów STM32 (w tym: 1×CEC; 1×SDIO; 2×CAN; 2×SAI; 2×USB OTG; 4×I²C; 4×UART; 4×USART; 6×SPI; 2×C/A 12-bitowy, 24 12-bitowe kanały A/C, w wybranych modelach Ethernet MAC), zastosowano także kilka nowych rozwiązań, w tym m.in.:

  • Dwukanałowy transceiver I²S z obsługą S/PDIF oraz 3 półdupleksowe kanały wejściowe S/PDIF.
  • Interfejsy USB-OTG (HS i FS, w drugim przypadku wymagany zewnętrzny PHY) z wydzielonym zasilaniem, co pozwala korzystać z tego interfejsu także przy zasilaniu mikrokontrolera napięciem 1,8 V.
  • Udoskonalony podsystem generacji sygnałów zegarowych, pozwalający na modyfikowanie częstotliwości taktowania bloków peryferyjnych bez konieczności zmiany ustawień taktowania CPU.
  • Dwa interfejsy QSPI, które sprzętowo realizują transmisję danych z pamięciami wyposażonymi w 1-, 4- lub 8-bitowe interfejsy komunikacyjne.

Fotografia 2. Wygląd zestawu STM32F7-DISCOVERY od strony wyświetlacza LCD-TFT

W tabeli 1 zestawiono wybrane informacje o cechach i parametrach dostępnych typów mikrokontrolerów STM32F7. Przedstawione dane pochodzą z początku lipca 2015, w tym czasie dostępny było 19 typów mikrokontrolerów o statusie active, dostępnych w wielu różnych wersjach obudów - od BGA/CSP, po łatwe w montażu wersje LQFP.

Prawdziwy elektronik nie uwierzy, jeśli nie sprawdzi, zwłaszcza przy tak rekordowych obietnicach, jakie składają katalogowe parametry mikrokontrolerów STM32F7. Najnowszy w ofercie STMicroelectronics zestaw startowy z serii Discovery (STM32F746G-DISCOVERY, 32F746GDISCOVERY) umożliwia wygodne zweryfikowanie działania mikrokontrolera STM32F746NGH6 (1 MB Flash, 320 kB SRAM, 216 MHz, Cortex-M7) w wymagającym otoczeniu: z zewnętrzną pamięcią SDRAM, wyświetlaczem graficznym LCDTFT WQVGA, interfejsem Ethernet i kodekiem audio. Wygląd zestawu od strony wyświetlacza pokazano na fotografii 2, znacznie bardziej interesujący dla praktyków widok - od strony elementów - pokazano na fotografii 3.

Przypomnijmy, że od strony technicznej Cortex-M7 to rozbudowana wersja rdzenia Cortex-M4, wyposażona w szybką pamięć SRAM TCM (dla danych i instrukcji programu) oraz cache dla danych i instrukcji. Dodatkowo, zastosowano w tym rdzeniu zaawansowany 6-poziomowy mechanizm przetwarzania potokowego z predykcją oraz sprzętowym wsparciem superskalarnego wykonywania programu.

Ważnym udoskonaleniem wprowadzonym w rdzeniu Cortex-M7 w stosunku do starszych modeli rdzeni Cortex-M jest magistrala Master AXI (AXIM) zapewniająca komunikację CPU z blokami peryferyjnymi, która ma wpływ na wypadkową prędkość pracy mikrokontrolera. Zapewnia ona łączenie kilku kanałów magistrali AHB w jeden, szybki kanał dwukierunkowej komunikacji rdzenia z otoczeniem (w rdzeniach Cortex-M4 rdzeń komunikuje się z otoczeniem za pomocą "standardowych" interfejsów-magistral AHB).

W mikrokontrolerach STM32F7 zastosowano najnowszy rdzeń firmy ARM - Cortex-M7, którego schemat blokowy pokazano powyżej

Fotografia 3. Wygląd zestawu STM32F7-DISCOVERY od strony "elementów"

Fizyczne wymiary prezentowanego zestawu są większe niż dotychczasowych DISCOVERY z mikrokontrolerami STM32, co wynika przede wszystkim z użytego w nim dużego wyświetlacza LCD-TFT, który stanowi integralną część zestawu. Przekątna wyświetlacza wynosi 4,3 cala, wymiary matrycy 480×272 punktów, moduł wyświetlacza został wyposażony w zintegrowany, pojemnościowy panel dotykowy z kontrolerem na I²C.

Wyposażenie prezentowanego zestawu należy do ponadstandardowych jak na tanie rozwiązanie mikrokontrolerowe, bowiem STM32F746G-DISCOVERY jest kompletnym komputerem sieciowym! W skład wyposażenia zestawu wchodzą:

  • Pamięci NOR Flash z interfejsem QSPI (128 Mb).
  • Pamięć SDRAM o pojemności 128 Mb (z czego mikrokontroler obsługuje 64 Mb).
  • Kodek audio WM8994 ze stereofonicznymi: wyjściem słuchawkowym, wyjściami głośnikowymi i wejściem liniowym.
  • Wejście cyfrowego audio SPDIF.
  • Interfejs Ethernet 10/100 bazujący na zewnętrznym MAC, komunikującym się z mikrokontrolerem poprzez interfejs RMII.
  • Złącza: kart MicroSD i kamery CCD (dołączony interfejs DCMI) oraz złącza Arduino Rev.3 (jak w zestawach STM32 NUCLEO), które umożliwiają montaż shieldów przystosowanych do zasilania napięciem 3,3 V.
  • Interfejsy USB OTG w wersjach: FS (PHY wbudowany w mikrokontroler) oraz HS (z zewnętrznym PHY USB3320C, który komunikuje się z mikrokontrolerem za pomocą interfejsu ULPI.

Atutem prezentowanego zestawu są złącza zgodne z Arduino Rev. 3, w których można instalować shieldy przystosowane do zasilania napięciem I/O o wartości 3,3 V (fotografia 4). producent zachował dużą zgodność wyprowadzeń ze specyfikacją Arduino, bowiem zestaw można zasilać - jako jednego ze źródeł - także z napięcia zewnętrznego Vin.

Fotografia 4. STM32F7-DISCOVERY wyposażono w złącza zgodne z Arduino Rev.3

Prezentowany w artykule zestaw STM32F7-DISCOVERY wyposażono - podobnie do starszych modeli DISCOVERY - w dwa mikroprzełączniki (w tym tylko jeden dla użytkownika), złącze dla ekspandera z pamięciami EEPROM NFC (M24SR/M24LR) oraz programator-debugger ST-Link/V2-1.

Programator jest przystosowany do współpracy ze środowiskiem mbed.org. W chwili przygotowywania artykułu prezentowany zestaw nie znajdował się jeszcze na liście domyślnych platform sprzętowych obsługiwanych przez to środowisko, ale w najbliższych dniach ma trafić na tę listę.

Ułatwieniem dla konstruktorów chcących szybko rozpocząć testy nowej platformy sprzętowej jest efektowna aplikacja demonstracyjna, zapisana w pamięci Flash mikrokontrolera użytego w zestawie.

Składa się ona z ośmiu części uruchamianych i sterowanych za pomocą interfejsu dotykowego i graficznego menu sterującego, wśród nich szczególna uwagę zwracają: odtwarzacz audio z 5-pasmowym korektorem graficznym i regulowanym filtrem loudness, odtwarzacz wideo, rejestrator audio z analizatorem widm, sterownik ogrodu, system alarmowy bazujący na kamerach wideo, jedna gra oraz serwer VNC (Virtual Network Computing).

Aplikacja w testowanej wersji (1.0.0) ma drobne niedoskonałości, pomimo których można poczuć poziom zaawansowania platformy i jej dużą moc obliczeniową. Z pewnością pojawią się kolejne wersje firmware dla tego zestawu, oferowane przez producenta biblioteki w ramach środowiska STM32CUBE (zawierają m.in. sterowniki HAL, USB, stos Ethernet, system plików, RTOS oraz biblioteki i sterowniki graficzne) umożliwiają przygotowanie własnych aplikacji, dzięki zewnętrznej pamięci SDRAM także o dużym stopniu skomplikowania.

Znacznie większe niż w dotychczas dostępnych platformach sprzętowych, możliwości i bogatsze wyposażenie zestawu STM32F746G-DISCO zmusiły producenta do zaproponowania wyższej ceny sprzedaży, ale jest ona nadal bardzo atrakcyjna w odniesieniu do wyposażenia zawartego na płytce. Bez wątpienia warto poznać je bliżej.

Piotr Zbysiński, EP

DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik październik 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio październik 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje październik 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna październik 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów