在 MCU 领域,STM32 就是一个奇迹。从 2007 年推出第一颗 STM32F103 起,STM32 就迈开步伐不断向前,在 12 年的时间里,不仅打造一个 MCU 超级平台,还构建了一个庞大的生态系统。“STM32 作为通用 MCU,面对的不仅是消费类客户,更多的是工业控制和通信类客户。” 意法半导体微控制器事业部 STM32 微处理器产品市场经理 Sylvain RAYNAUD 在近期的发布会上表示,“客户在认可 ST 产品品质的同时,也感受到我们对客户的长期支持,STM32F1 系列已经上市 12 年,我们依然每年年初都会更新长期供货保证,而且每一次更新都是十年。”

 

十年的供货期,对于工业类客户来讲是一副安心剂,能够满足工业市场长期求稳的需求。而且工业市场大多数客户都采用 Linux 操作系统,不仅是因为这套操作系统是开源系统,更是因为这套系统的安全可靠。为了满足工业市场的需求,ST 推出了第一款支持 Linux 操作系统的微处理器 STM32MP1,将 STM32 的成功和承诺延续到微处理器市场。

 

意法半导体微控制器事业部 STM32 微处理器产品市场经理 Sylvain RAYNAUD

 

STM32MP1 面向所有开发者,定位于通用微处理器市场。以前使用 MCU 的客户,可以通过 STM32MP1 学习升级使用微处理应用;以前使用微处理器+MCU 应用的客户,通过 STM32MP1 一颗单芯片就可以实现这一功能;以前使用其它 MPU 的客户,可以用 STM32MP1 实现所需要的功能,扩展 ST 的客户群体。Sylvain RAYNAUD 表示,“STM32MP1 是适合目前所有应用开发者的产品,而且支持多种潜在应用场景,包括工业应用、消费电子、医疗保健、智能家居等。”

 

多核异构,灵活性更强

 

 

目前,无论 MCU 还是 MPU,架构非常关键,尤其是在很多应用对速度和功耗提出更高要求的前提下,异构架构得到广泛采用。STM32MP1 也是多核设计,由 Cortex-M4 和 Cortex-A7,以及 3D GPU 构成。Sylvain RAYNAUD 解释,“STM32MP1 有全速运行模式、分批功耗优化模式、待机模式三种模式。这一灵活的异构计算架构在单一芯片上执行快速数据处理和实时任务,始终实现最高的能效。在全速运行模式时,Cortex-A7 达到 650MB,2470DMIPS,同时双核 Cortex-A7 +3D GPU 打开,进行高效处理,Cortex-M4 最高跑到 209,MIPS 部分可以达到 260 个 MIPS,可以做电机控制,这时候整体能效最大;当停止 Cortex-A7 执行指令,只让能效更高的 Cortex-M4 运行,功耗通常可以降至 25%。再从这种模式进入待机状态,功耗进一步降至 1/2500(两千五百分之一),同时仍然支持 1 到 3 秒内恢复 Linux 执行,具体恢复速度取决于实际应用。”

 

另外,STM32MP1 嵌入了 3D 图形处理器(GPU),以支持人机界面(HMI)显示器;外部存储器支持各种 DDR SDRAM 和闪存。STM32MP1 系列采用多种 BGA 封装,支持成本最低的 PCB 板结构,电路板空间占用极小。

 

用户或许会问:为什么选择了 Cortex-M4 和 Cortex-A7 的组合?Sylvain RAYNAUD 向与非网记者解释,“因为 Cortex-A7 的性价比比较高,根据我们的产品线的定位,A7 的主频能达到 650MB,符合设计要求。当然也可以选择更高的 Cortex-A9 内核,但这目前不是我们的需求;选择 Cortex-M4,因为 ST 是基于 Cortex-M 系列做起来的,客户可以使用以前的应用案例和参考设计开发产品,更容易上手。当然,未来我们会考虑使用更多的内核。”

 

外设丰富,单独配置电源管理芯片

对于 MCU 产品,除了内核的配置,用户还关心的另一项指标是所支持的外设种类。,STM32MP1 嵌入了大量外设,可以无缝分配给 Cortex-A / Linux 或 Cortex-M / 实时操作。Cortex-A7 支持显示,LCD 可以支持 RGB TFT 屏幕和 MIPI DSI 屏幕;还支持各种存储器接口,包括:DDR3、LPDDR2/3、Flash 以及 eMMC、SD 卡等;所支持的通信接口包括 USB,CAN-FD,高速以太网等。另外,以根据用户应用配置,选择 A7 还是 M4 使用 USB、CAN FD 和 Ethernet。

 

 

STM32MP1 是应用处理器,因此系统比较复杂,所以 ST 配置了 STPMIC1 电源管理芯片给客户使用。STPMIC1 提供了 DC/DC 和 LDO,除了给 STM32MP1 供电,还给外设如显示器、存储器及 USB 等外设使用。Sylvain RAYNAUD 指出,STPMIC1 有三个功能:一是优化客户系统功耗;二是如果外设成本配备比较全,因为电源非常全,可以节省成本;三是用这颗芯的优势是可以做到更小的 PCB 设计,让系统更加精简。

 

对于一个 MPU 系统,是否需要单独配置电源管理系统一直有争议,Sylvain RAYNAUD 表示,“MPU 比较复杂,包含几个内核,有很多不同的外设,因此在电源供电部分需要各种不同的供电,而且上电次序不同,包括 V core、VDD、VDDA,以及数字电路和模拟电路需要分开,相对以前的 STM32,电源相对非常复杂,所以我们专门做了一个 STPMIC1 来配套 STM32MP1。”

 

支持Linux操作系统,还会支持更多软件

STM32MP1 依托于 STM32 成熟的生态环境,提供全面整合的设计套件给 STM32MP1 客户。在 Cortex-A7 部分,ST 提供 OpenSTLinux 开发包,可以保证系统软件的稳定性;在 Cortex-M4 部分,可重复使用以前的 STM32Cube 应用,这样 STM32MP1 就有一个完整的嵌入式软件发行版给客户。

 

整套 STM32MP1 软件套件可以简化客户的流程开发,其中重要的一点是 STM32MP1 的 Linux 平台,全面兼容主流行的 OpenLinux 开发包。目前,STM32MP1 SoC 驱动程序已被 Linux 社区采用和认可,ST 的 STM32MP1 支持 Linux4.19 LTS,LTS 表示 ST 会长期支持这一软件发行版。在支持整个 Linux 开发源时,STM32MP1 全面兼容开源软件的标准,包括 Linux 的 Foundation 和 Yocto  Project,因为 Linux 代码开源,而且非常多,客户不可能全部都用或者清楚哪个好用,ST 在 Yocto 建立一个 Project,客户可以稳定简易使用这个开发包,而且支持 Linaro 社区,里面有一些参考软件和培训。因为 Linux 是开源的,代表是公开的,所以预集成安全操作系统 OP-TEE,客户不需要再付费;客户可以使用免费的加密 OS,让系统在可信区域加密,公开用的数据全部用开源的 Linux。

 

STM32MP1 强调适用于所有用户,但是工业控制领域采用 Linux 操作系统较多,消费领域采用安卓操作系统比较多,对于这一现状,ST 表示第一款产品首先支持 Linux 操作系统,是从 STM32MP1 的性能考量。目前已经和第三方合作开发支持安卓系统。但是,目前在安卓部分支持的显示屏幕分辨率比较低,Linux 支持显示的 GUI 是 QT 或者 Crank,可以达到 720p 高清显示。安卓只能达到 480p,但是后续会继续扩展。

 

ST 还为 STM32MP1 提供了硬件解决方案。STM32MP1 提供两种开发板:一是全部功能板,支持 157A 和 157C,157C 是安全加密功能升级的部分;探索板有两套,一套是精简版本,包括 MP1+基本外设,还有一个相对完整的功能,配了 MIPI 屏和 Wi-Fi/BT 射频模块,当用户需要做无线连接时,可以以此为原型来开发。

 

产品线齐全,全方位满足用户需求

 

 

STM32 产品以种类齐全著称,STM32MP1 也是如此。STM32MP1 为各种应用量身定做了不同的封装。Sylvain RAYNAUD 介绍,“STM32MP1 有三条产品线:157、153、151。其中,151 配备了 Cortex-A7+Cortex M4;153 是在此基础上增加了 CAN FD 和双核 Cortex A7;157 是目前系列中性能最高的产品, Cortex-A7+Cortex-M4 双核配置,还有 3D GPU、DSI 、CAN FD。另外,还有安全功能可选产品线,产品线+功能有 6 个型号,每一个型号有 4 个不同的封装,最小的是 257 10×10mm;最大的是 LFBGA448  18×18mm。客户可以根据不同的应用选择 pith 0.5mm 或 pitch 0.8mm,比如工控客户需要引角间距比较大,可以选 0.8mm pitch 的封装,如果客户要做小的模组,可以选 0.5mm pitch 的封装。关键是,客户使用 STM32MP1 做研发时,可以做 4 层 PCB ,而且打通孔比较便宜,不需要打盲孔。所以,对追求高性价比的 PCB 客户非常有利。”

 

最后,Sylvain RAYNAUD 强调,“STM32MP1 是第一颗 MPU 市场产品。未来,在拓展产品线时,会同时并行朝两个方向发展:性价比更高和功耗优化。在看重成本的市场,会开发性价比更高的产品,在高端领域会开发更高性能、更安全的产品。”