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2010-10-25

解析持續創新的意法STM32微控制器

2010/10/25-賴品如
 
在眾多電子產品的功能開發中,微控制器無疑是居於核心的地位。目前市場上有4位元、8位元、16位元和32位元等不同類型的微控制器,其中32位元的市佔率不斷提升,成為最受重視的一類產品。意法半導體(ST)看好32位元MCU的市場,在2007年即推出STM32系列,並根據市場差異化需求持續推出新產品,目前共有6大産品系列,135個型號,擁有業界基於Cortex-M核心的最完整微控制器産品線,而且普遍應用於各個領域。
 
為了讓更多人深入了解STM32全系列控制器的特色及主要應用方向與實例,意法半導體特於2010年10月14日舉行「STM32微控制器技術研討會」,除了由意法STM32技術專家進行專題報告外,會中並邀請ARM和新華電腦,分享了ARM Cortex-M 架構技術優勢與STM32韌體開發工具。
 
全球微控制器發展趨勢
由於各類電子產品的應用複雜度愈來愈高,加上32位元MCU的成本持續降低,因此意法半導體產品行銷經理楊正廉很肯定地指出:「今後MCU市場需求成長最快的領域,必然是32位元的微控制器。」他闡明STM32的市場定位,除了提供先進的技術和完整的產品線外,同時也與8位元的市場有部分重疊,要讓這個領域的用戶無痛升級到32位元的MCU等級。其作法是提供兼具價格優勢和高階性能的32位元MCU,讓用戶直接跳過16位元的升級階段。

「整體而言,STM32系列元件具備了五大優勢,」楊正廉表示,由於採用最先進的架構,因此STM32能提供絕佳的即時性表現,而且能保證長期的投資回收。其次在功耗上有極低的表現,是對環境相當友善的產品。對於USB OTG、Ethernet、dual CAN等各種週邊介面進行廣泛的支援,能夠滿足用戶現在及未來的設計需求。此外,針對常用的被動及主動元件,如時脈、PLL、RTC等進行最佳化的整合,既能節省用戶的成本,也能縮小系統設計上所需的尺寸。第五點則是ST提供了延伸性的開發工具及軟體,如IDE、新手套件、程式庫、RTOS和軟體堆疊等,讓開發者更容易實現設計的創意。

ST的微控制器產量快速地成長,在這一年中已成長的50%。同時該公司也持續加碼投資開發新產品,以滿足不斷成長的市場需求。楊正廉在此提出一個重要的概念,他說:「過去以8位元、16位元、32位元來劃分微控制器市場的界定方式應該被打破了。今日同樣是32位元產品,透過對功能的最佳化,也能滿足各種不同應用的需求。」他進一步剖析指出,採用ARM不同定位的Cortex-M系列核心,加上該公司的整合功能,即能實現完整的MCU產品線。其中Cortex-M0核心適合8/16位元的應用、Cortex-M3適合16/32位元的應用,而Cortex-M4則適合32-bit/DSC的應用。目前ST已取得這些核心的相關授權。

超低功耗及超值應用需求
針對一些強調長時間電池壽命的應用,ST推出了STM32L超低功耗微控制器。在Cortex-M3的低功耗條件下,STM32L還引進了獨特的節能技術,即以意法半導體130nm製程的EnergyLite超低功耗產品平台為基礎,可實現超低漏電流特性。此外,該平台整合了意法低功耗快閃記憶體,並支援直接記憶體(DMA),由於採用最佳化的節能架構,能在應用系統作業過程中關閉快閃記憶體和CPU,週邊設備仍可保持作業狀態,讓產品的性能、功能及電池壽命達到最佳化的狀態。

楊正廉表示,STM32L系列新增低功耗作業和低功耗睡眠兩個低功耗模式,振盪器透過利用超低功耗的穩壓器和振盪器,微控制器可大幅度降低在低頻率下的作業功耗,穩壓器不依賴電源電壓即可滿足電流要求。STM32L還提供動態電壓升降功能,進一步降低晶片在中低頻率下作業時的內部作業電壓。

除了極高的效能外,STM32L還具備提高數據安全性、促進系統安全作業的諸多安全功能,包括靈活的低壓重置功能(BOR)、晶片上快閃記憶體支援錯誤校正碼(ECC)、記憶體保護單元(MPU)以及JTAG熔絲。這些功能可作為所有需要安全產品特性和高度安全的程式碼及用戶數據管理的應用。此外,由於STM32L電路的設計目的是以低電壓實現高性能,有效延長電池供電設備的充電間隔,因此其晶片上類比功能的最低作業電源電壓為1.8V,而數位功能的最低作業電源電壓為1.65V,在電池電壓降低時,可以有效延長電池供電設備的作業時間。還有一些低階應用的市場也希望運用到32位元MCU的優勢,但過去受限於價格因素而不可得。

如今有了STM32F超值型微控制器,讓開發人員有了更多的選擇機會。這個系列元件的核心是24MHz ARM Cortex-M3處理器核心,性能可達到30DMIPS,這個優於多數16位元MCU的性能,大量批貨下的售價卻可低於1美元,對家庭娛樂設備、家電以及工業設備等產品非常具有吸引力。「值得一提的是,STM32F超值型微控制器還內建支援消費性電子控制(CEC)協議的硬體電路,簡化CEC在電視機、藍光播放器、個人錄影機以及家庭劇院設備內的運用,」楊正廉指出,CEC協議是HDMI標準,透過CEC協議,最多10台HDMI設備可以互相識別、通訊以及管理。透過硬體實現CEC協議的好處很多,例如能降低處理器的負載,以處理更高階功能,從而提高產品價值。

雙介面EEPROM實現無線儲存
「這是一個小小的元件,但卻能發揮令人贊歎的功能!」意法半導體產品行銷經理黃鐙誼表示,這款同時支援有線及無線介面的EEPROM記憶體 - M24LR64,可以帶來許多工作上的便利性,並實現創新的資料管理設計概念。M24LR64以兩個產業標準介面為基礎,內建標準I2C介面的EEPROM記憶體,可與大多數微控制器或ASIC晶片通訊;同時提供一個ISO15693標準的RF(射頻)介面,可與RFID讀取器進行無線通訊。在RF模式下,讀寫M24LR64不需要供應電源,不僅可大幅節省電路板上電源,也可輕鬆、方便地從遠端存取電子產品參數。

黃鐙誼指出,這個雙介面EEPROM系列產品能在電子設備作業與RFID系統之間建立聯繫,此種創新的存取方法有很多應用的可能性,包括對醫療設備、產業設備及汽車電子系統進行資產追蹤、資料蒐集、自動診斷或追蹤功能。舉例來說,物流運籌的過程中,不需打開包裝就能輕鬆、正確且快速地更新參數與地區設置;對於需冷藏的食品管理來說,好處更為明顯。「對於瞬息萬變的市場,這種功能彈性無疑是決勝的關鍵,它不僅能使設備廠商為產品增加新的功能,同時能降低製造成本、簡化庫存管理流程」黃鐙誼強調,此產品讓設備製造商能靈活地以無線方式設置或更新電子產品參數,無需連接程式設計,即可更新產品參數、設置軟體碼或啟動軟體。
 

 

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