延续STM32 的成功记录,全球最强大的双核MCU问世

单片机相关 徐 自远 498℃

2007年ST的通用MCU全球排名第11位,2015年上升到第3位,2018年上升到第2位,2018年在中国供应商的排名中ST一举拿下第一的高地。ST何以步步高升?

ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东认为:“这主要归功于过去STM32强劲的产品线以及更广泛的群众客户基础,ST在所有供应商表现都非常强劲的今天还是不停地在提升市场份额。这些增长归功于有机的增长,有机的增长是指没有通过收购、合并、兼并的方式,仅来自于自己的市场开发。其实从过去STM32发布以来,ST MCU所有增长都是有机的增长,通过这种方式,生意也是非常健康的,所以我们希望在未来还是会以这样的方式进一步发展。”

ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东

早在两年前,ST 也发布过STM32H7单核产品,到今天终于有一个双核的产品面世。

全球最强大的双核MCU都有哪些亮点?

从2007年推出第一代STM32产品–STM32F1开始,ST陆续在每一年都基于新的内核或者新的技术领域有所突破,比如说在2009年推出超低功耗系列STM32 L1;在高性能序列里,于2010年推出了第一款基于90纳米工艺的STM32F2产品线;到2019年有全球最为强大的MCU STM32H7双核产品,也就是本文的主角。

意法半导体微控制器事业STM32高性能产品线高级市场经理Renaud BOUZEREAU 将双核STM32 H7的亮点可以归结为4点:

意法半导体微控制器事业STM32高性能产品线高级市场经理Renaud BOUZEREAU

(1) 最为强大、高性能的双核MCU:新产品STM32 H7采用ARM Cortex-M系列中最强大的ARM Cortex-M7内核和同等级实时产品中最佳核心的ARM Cortex-M4构成,两年前ST发布的单核是基于Cortex-M7的产品,它的跑分情况是2400 CoreMark,而今天H7双核MCU开创了3200分的CoreMark性能新记录,这个跑分是由Cortex-M7 2424的CoreMark跑分,再加上M4 800跑分得来。

(2) 灵活的双核架构:强大的内核由强大的架构提供支持,ST内置的Chrom-ART加速器,还有MJPEG的编码器使得H7具有更佳的图像显示效果,减轻90%的CPU工作负荷,这样的话就能腾出更多的CPU的资源来给到大家所使用。

高性能产品最怕会在数据传输方面出问题或者会增加CPU的工作负荷,STM32H7这个产品系列内置主的DMA,这个DMA可以触发事件链接,比如说你将多块不连续的数据搬到另外一块内存的时候,可以用主DMA创造一个事件链,让它从内存里自动搬取,这样可以制作出来一个比较复杂的传输资料的任务给到CPU之间内存的交换,这种情况下,是无需CPU进行干预的,所以CPU工作负荷也会变得比较轻。

STM32 H7新产品还嵌入了一个高精度的定时器的模块,这个模块可以产生比较复杂的PWM的输出,包括所有事件类,比如说Timer触发ADC,ADC触发DAC,DAC再回到TIM的PWM输出的过程,这个高精度过程主要是面对于数字电源或者是更复杂的事件的触发,而且这个过程是在设定了触发的模式下进行,CPU不需要参与太多的事件触发的过程。

灵活的双核架构,使得H7使用与工业、安全和人工智能应用,那么采用双核架构的应用上如何分配?拿工业用工具机来说,Cortex-M7主要负责人机界面的交互,Cortex-M4则负责通讯网关和马达控制以及传感器预先处理等功能。以家庭自动化与安全来看,Cortex-M7负责人工智能神经网络的模式识别和自动语音识别,Cortex-M4主要分通讯网关和实时界面任务。除此之外,H7 还可结合人工智能与实时控制打造更复杂的应用,如下图。

联网Kitchen Aid搭配先进人机界面(大尺寸显示器和语音识别)

(3) 先进的安全功能:在数据加解密那部分内置了硬件的加解密算法,包括哈希的硬件加速器,客户由原来的用软件的形式去做加密工作,变成现在会用内部的硬件资源来做加解密动作,也可以使得CPU 工作负荷减少90%。

在现代社会,你所开发的软件,其烧录动作会放在第三方进行,那这个过程中怎么样保证这个软件不被泄露或者不被再利用,Renaud BOUZEREAU对安全固件安装的整体的工作流程进行了详细解释:

比如说现在你们手上开发完的代码,产生一个固件,我们在ST硬件上产生两样东西,一样将固件进行加密,第二样加密之后得到加密密钥,放在实体的智能卡上面。我们现在将这两样东西,要在第三方环境里去进行,首先将已经加密过的固件发送给第三方,同时我们将加了密钥和数量限定的这张卡,这是一张实体卡,给到第三方,第三方只有拿到我们智能卡,还有加密的固件,这两样东西的情况下,才能将这个芯片进行生产,这样的话就保证在整个过程中,在外界所看来永远看不到我们最原先开发的固件,因为这样的固件一旦泄露出去,会造成非常大的损失,所以整个模式下,我们会保证传输到外部的永远是加密的固件,在这个固件情况下,我们拿到空白的芯片,利用我们给到的实体的智能卡,才将这个固件扫入到STM32H7产品上去,这是整个安全固件安装的过程。

(4) 丰富的生态系统:除了上面介绍的STM32H7内部的资源,包括它的硬件配置以外,我们更注重的是让开发者如何更容易地对STM32H7双核产品进行开发。从软件上面来说会提供非常强大的STM32 CubeMX,CubeMX的意义在于可以对内部的资源进行分配,比如说哪些资源会分配到Cortex-M7的内核,哪些资源会配置到Cortex-M4的内核上面去。还有STM32的Cube Programmer,因为双核的开发会是两个工程的状况,所以Cube Programmer的作用是将两个工程进行合并,打包在一起,变成一个封装,烧入到STM32H7产品里。

在硬件方面,ST会提供三种开发板,第一块是Nucleo板,你可以当成最小系统板,第二套是评估板,评估板主要展示的是关键的功能,比如以太网、USB还有显示部分的东西都可以在这个板子上面去实现,H7产品系列支持两种显示接口,第一个是TFT-LCD屏,第二是MIPI-DSI屏,另外也有不带屏的版本。第三个是全功能评估板,这块板子将整个芯片所有资源,所有东西都会引出来,给到大家做评估。

除此之外,还有现提供支持。更有场应用工程师对全球顾客的支持。

那么双核架构给大家带来了哪些好处?

  • 增加系统效能:H7的2个处理单元可以平行工作(执行2种任务或者由其中1个内核做安全运行检测),减少运算时间与平均耗电。
  • 增加系统效率:在3个电源域之间达到工作负载平衡,Cortex-M7(更强大):GUI,DSP,安全;Cortex-M4主要处理实时的功能,如对外链接,实时系统,马达控制或流程控制任务;大量数据采集模式领域,包括传感器采集,通用型输入输出和低功率管理。
  • 缩短开发时程:双核架构有助于简化代码开发,减少开发团队之间的依赖度;零件数也相应地减少,可简化并缩短电路板设计与评估。
  • 降低系统成本:更多任务转移到STM32H7,可降低物料清单成本,因整合次要功能无须外部装置,使用1个而非2个MCU,扩充连接功能,强化使用者介面,整合开关式电源,需要较少的外部元件。

奋斗永无止境,ST谈未来规划

谈到未来的规划时,曹总讲到,产品芯片是立身之本,也是核心,未来仍会开发更有针对性的产品线,除了今天高性能的双核STM32 H7 MCU之外,还会有有更多的无线产品,以及功耗更低的面向物联网的产品,ST会不断的使用更新的工艺,让产品竞争力迭代前进。

其实不管是全球或者地区,ST除了产品以外,会更侧重于服务,除此之外,ST还会去开发更强大的软件生态或者生态系统。因为客户用ST的芯片,不单单只用芯片,还需要有相关的软件来服务,因为这样才可以让芯片能在更短的时间开发出更复杂的应用。十年前,8K、16K、32K的flash和程序,客户自己可能花一个星期就可以搞定,但是今天程序都是1M、2M,这就需要更细分的去做一些人机界面、人工智能以及马达控制的应用。

中国作为ST非常看重的一个市场,从过去,今天乃至未来,ST都有非常积极的策略,那么ST在中国是什么策略呢?

曹总解释到;“第一部分就是在中国积极拓展生态系统,可能一部分媒体朋友也参加过两个月之前在深圳举行的STM32峰会,在今年的峰会能看到更多的方案,更多的展示,以及更多的研讨会,这其中40%是来自于合作伙伴。中国是非常特殊的市场,在中国除了5到10个或者20个大客户,剩下的几千个,几万个都是中小客户,这些客户是无处不在,每一层楼,每一个乡村都有我们的客户,通过我们的渠道、网站、论坛直接或者间接地支持广泛的客户。在中国区的策略怎么样帮助客户,主要有三个方面,一个是拓展生态系统、合作伙伴,第二本身会专注垂直应用,第三会更广泛支持中小客户,这样的矩阵确保我们的生意能够长期的,可持续性的健康发展,这是相辅相成的结果。”

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