Podrodziny mikrokontrolerów STM32

Rewolucyjny rozwój mikrokontrolerów STM32 spowodował wielokrotne zmiany nazewnictwa poszczególnych rodzin i podrodzin. Przedostatnia duża zmiana miała miejsce w październiku 2011, kiedy to do oferty produkcyjnej STMicroelectronics włączono mikrokontrolery STM32F4 (z rdzeniem Cortex-M4F), w ostatnich dniach lutego 2012 duże zainteresowanie wzbudziło wprowadzenie do produkcji mikrokontrolerów STM32F0, wyposażonych w rdzeń Cortex-M0.

  

Rys. 1. Mikrokontrolery STM32 tworzą bogate portfolio możliwości i wydajności obliczeniowej

 

W ramach rodziny STM32 są dostępne następujące podrodziny mikrokontrolerów (rys. 1):
  • STM32F0 – najnowsze w ofercie STMicroelectronics, najprostsze pod względem budowy, mikrokontrolery wyposażone w rdzeń Cortex-M0, taktowane do 48 MHz.
  • STM32F1 – uniwersalne mikrokontrolery pierwszej generacji (STM32F1xx) wyposażone w rdzeń Cortex-M3, taktowane do 72 MHz.
    Obecna nazwa tej grupy mikrokontrolerów to Mainstream .
  • STM32F2 – uniwersalne mikrokontrolery drugiej generacji (STM32F2xx) wyposażone w rdzeń Cortex-M3, taktowane do 120 MHz.
    Obecna nazwa tej grupy mikrokontrolerów to Hi-Performance .
  • STM32F4 – uniwersalne mikrokontrolery drugiej generacji (STM32F4xx) wyposażone w rdzeń Cortex-M4F, taktowane do 168 MHz.
    Obecna nazwa tej grupy mikrokontrolerów to Hi-Performance&DSP .
  • STM32L1 – mikrokontrolery energooszczędne (STM32L15x) wyposażone w rdzeń Cortex-M3,taktowane do 32 MHz.
    Obecna nazwa tej grupy mikrokontrolerów to UltraLowPower .
  • STM32W – mikrokontrolery wyposażone w rdzeń Cortex-M3, zintegrowane z transceiverem radiowym zgodnym z IEEE 802.15.4 (pasmo ISM 2,4 GHz), taktowane do 24 MHz.
    Obecna nazwa tej grupy mikrokontrolerów to Hi-Performance RF MCU.
Budowę wewnętrzną mikrokontrolerów STM32 (poza STM32F0) zilustrowano na schemacie blokowym pokazanym na rys. 2.


Rys. 2. Uproszczone schematy blokowe podrodzin mikrokontrolerów STM32

 

Grupa STM32F1 składa się z następujących rodzin:

  • Value Line (STM32F100) – najtańsze w rodzinie STM32 mikrokontrolery oferowane w czterech wersjach obudów, wyposażone w pamięci programu Flash o pojemności do 128 kB, SRAM do 8 kB taktowane sygnałem zegarowym o maksymalnej częstotliwości 24 MHz, wyposażone we wszystkie standardowe interfejsy komunikacyjne oraz bogaty zestaw bloków peryferyjnych, w tym przetwornik A/C, dwukanałowy C/A oraz – jako pierwszy mikrokontroler z rdzeniem Cortex-M3 – interfejs HDMI-CEC,
  • Access Line i XL Access Line (STM32F101) – popularne mikrokontrolery oferowane w szerokiej gamie obudów, wyposażone w pamięci programu Flash o pojemności do 512 kB, taktowane sygnałem zegarowym o maksymalnej częstotliwości 36 MHz, wyposażone we wszystkie standardowe interfejsy komunikacyjne oraz bogaty zestaw bloków peryferyjnych, w tym przetwornik A/C. Mikrokontrolery XL Access Line charakteryzują się pojemnością pamięci Flash do 1 MB i pamięcią SRAM o pojemności do 128 kB,
  • USB Access Line (STM32F102) – mikrokontrolery oferowane w obudowach o liczbie wyprowadzeń 48 lub 64, o funkcjonalności i wyposażeniu zbliżonym do podrodziny STM32F101 (maksymalna częstotliwość taktowania wynosi 48 MHz), pamięci Flash o pojemności do 128 kB, dodatkowo wyposażone w interfejs USB device (Full Speed),
  • Performance Line oraz XL Density Line (STM32F103) – mikrokontrolery o bogatszym wyposażeniu niż wersje F101 i F102, przystosowane do taktowania sygnałem o częstotliwości do 72 MHz, mają wbudowane m.in. interfejsy SDIO, CAN, I2S oraz timery PWM (mogą sterować pracą silników elektrycznych), dostępne we wszystkich wariantach obudów z pamięciami programu o pojemności do 512 kB. Mikrokontrolery XL Density Line charakteryzują się pojemnością pamięci Flash do 1 MB i pamięcią SRAM o pojemności do 128 kB,
  • Connectivity Line (STM32F105/107) – mikrokontrolery wyposażone w interfejs USB-OTG oraz (wyłącznie wersje F107) ethernetowy MAC z możliwością obsługi standardu IEEE1588 (patrz rysunek powyżej). Mikrokontrolery z tej grupy wyposażono CPU identyczne z zastosowanym w F103 (taktowanie do 72 MHz), dwa interfejsy I2S, dwa interfejsy CAN oraz wiele standardowych interfejsów komunikacyjnych.

 

Rys. 3. Dostępne wersje mikrokontrolerów STM32 (październik 2011)

 

Grupa STM32F2 składa się obecnie z jednej rodziny:

  • (STM32F20x/21x) mikrokontrolery podobne konstrukcyjnie do rodziny Connectivity Line, zgodne fizycznie z mikrokontrolerami z grupy F4, taktowane sygnałem zegarowym do 120 MHz. Dostęp do Flash o pojemności do 1 MB odbywa się z pełną prędkością taktowania CPU dzięki specjalnemu interfejsowi ART Accelerator (Adaptive Real-Time Accelerator). W mikrokontrolerach F-2 przyspieszono także standardowe peryferia komunikacyjne: USART do 7,5 Mb/s, SPI do 30 Mb/s, GPIO do 60 MHz, FSMC do 60 MHz, skrócono ponadto czas konwersji A/C do 500 ns (2 MSpS). Interfejs USB w serii F-2 jest przystosowany do pracy w trybie HS (do 480 Mb/s), niektóre mikrokontrolery z serii F-2 będą wyposażone także w interfejsy (od 8 do 14 bitów) kamer CCD przystosowane do transferu danych z prędkością 48 MB/s. Interesującym, nowym, elementem wyposażenia mikrokontrolerów F-2 jest także sprzętowy moduł kryptiograficzny AES256, umożliwiający szyfrowaie/deszyfrowanie danych z prędkością do 106 MB/s.

Grupa STM32F4 składa się obecnie z jednej rodziny:

  • (STM32F40x/41x) mikrokontrolery zgodne fizycznie z mikrokontrolerami z grupy F2, taktowane sygnałem zegarowym do 168 MHz. Dostęp do Flash o pojemności do 1 MB odbywa się z pełną prędkością taktowania CPU dzięki specjalnemu interfejsowi ART Accelerator (Adaptive Real-Time Accelerator). W mikrokontrolerach F-4 przyspieszono także standardowe peryferia komunikacyjne: USART do 10,5 Mb/s, SPI do 37,5 Mb/s, GPIO do 90 MHz, FSMC do 90 MHz, skrócono ponadto czas konwersji A/C do 400 ns (2,44 MSpS). Interfejs USB w serii F-4 jest przystosowany do pracy w trybie HS-OTG (do 480 Mb/s, wymaga zewnętrznego PHY), mikrokontrolery z serii F-4 są wyposażone także w interfejsy (od 8 do 14 bitów) kamer CCD przystosowane do transferu danych z prędkością 54 MB/s. Interesującym, nowym, elementem wyposażenia mikrokontrolerów F-4 jest także sprzętowy moduł kryptiograficzny AES256, umożliwiający szyfrowaie/deszyfrowanie danych z prędkością do 144 MB/s.

Grupa STM32L1 składa się obecnie z dwóch rodzin:

  • STM32L151 oraz STM32L152, przystosowane do zasilania napięciami z zakresu 1,65 do do 3,6 V, taktowane sygnałem zegarowym o częstotliwości do 32 MHz. Pamięć Flash ma pojemność 64 lub 128 kB, pamięć SRAM 10 lub 16 kB. Są bogato wyposażone w bloki peryferyjne (bez Ethernetu), rodzina STM32L152 także w wewnętrzny, segmentowy kontroler LCD (od 4×16 do 8×40). Wszystkie peryferia wbudowane w mikrokontrolery STM32L wykorzystują energooszczędną platformę EnergyLite firmy STMicroelectronics, co w połączeniu z dużą liczbą trybów oszczędzania energii pozwala stosować je w urządzeniach zasilanych bateryjnie.

Zestawienie najważniejszych różnic pomiędzy rodzinami mikrokontrolerów STM32 znajduje się w poniższej tabeli:

 

Grupa STM32W składa się obecnie z jednego typu mikrokontrolera:

 Schemat blokowy mikrokontrolerów STM32

 Rys. 4. Schemat blokowy mikrokontrolerów STM32W

  • STM32W108 – dostępny w kilku wersjach mikrokontroler STM32, zintegrowany z torem radiowym pracującym w paśmie ISM 2,4 GHz (rys. 4), zgodnym z IEEE802.15.4. Nowy mikrokontroler STM32W108 wyposażono w 64 lub 128 kB pamięci Flash oraz 8 kB pamięci SRAM. W mikrokontrolerach STM32W zastosowano sprzętowy generator sygnałów zgodnych ze standardami systemów zdalnego sterowania z pomocą podczerwieni, sprzętowy numer MAC zgodny ze standardem IEEE802.15.4-2003, moduł kryptograficzny AES128, a także zaawansowany sterownik poboru mocy, obsługujący także tor radiowy. Niektóre wersje mikrokontrolerów STM32W są dostarczane przez producenta z wpisanym do pamięci Flash stosem protokołów transmisji danych (ZigBee, 6LowPan itp.), których ulokowanie pokazano na rys. 5.

 

Mikrokontrolery STM32W mogą być dostarczane ze stosami protokołów

Rys. 5. Mikrokontrolery STM32W mogą być dostarczane ze preinstalowanymi w pamięci Flash stosami protokołów – budowę kilku przykładowych pokazano na rysunku

 

Autor: