Começando com o primeiro STM32F103 em 2007, o desenvolvimento de doze anos tornou a família STM32 a série MCU de maior sucesso no novo século. Com a introdução de periféricos com vários núcleos e estendidos, a atualização automática do STM32 não parou. Agora, a introdução de núcleos heterogêneos está prestes a se tornar outro nó importante na história do desenvolvimento do STM32, e o novo MPU sairá com base no MCU.
Apresentando o kernel heterogêneo
O mais novo membro da família STM32 é a família de microprocessadores STM32MP1 que combina os núcleos Cortex-A e Cortex-M.
O Cortex-M é um núcleo MCU dedicado nos processadores ARM, o Cortex-A é um núcleo do processador de aplicativos e agora a série Apple A, Qualcomm Snapdragon, processador Huawei Kirin em telefones móveis é baseada na arquitetura Cortex-A. Introduzindo o Cortex-A no MCU, ou seja, introduzindo computação heterogênea no MCU.
“O MPU é realmente muito complicado. Após um longo período de reflexão e verificação, serão necessários cinco anos para amadurecer e comercializar. ”Sylvain RAYNAUD, Gerente de Marketing de Produto para Microprocessador STM32, Divisão de Microcontroladores STMicroelectronics Isso é indicado.
A família de microprocessadores STM32MP1 integra dois núcleos de processador de aplicativos Arm Cortex-A7 de 650MHz e um núcleo de microcontrolador Arm Cortex-M4 de alto desempenho rodando a 209MHz. Ao mesmo tempo, o STM32MP1 também é incorporado na GPU para suportar a interface de exibição homem-máquina.
A divisão de três núcleos é clara, o kernel A7 roda Linux, a GPU é responsável pelas funções de exibição e o núcleo M4 executa as funções de controle tradicionais. Os três núcleos se comunicam através de um mecanismo IPCC exclusivo e são equipados com medidas de criptografia. "Eles se comunicam em uma caixa de correio e, em seguida, os dados de comunicação são armazenados na SRAM." Sylvain RAYNAUD explicou.
Para evitar gargalos no desempenho e problemas de largura de banda no sistema MPU, o STM32MP1 suporta memória DDR SDRAM acessível, incluindo DDR3, DDR3L, LPDDR2, 533MHz LPDDR3 de 32/16 bits. Além disso, o STM32MP1 suporta uma variedade de produtos de memória flash: eMMC, cartão SD, SLC NAND, SPI NAND e flash Quad-SPI NOR.
Arquitetonicamente, o STM32MP1 é flexível e economiza energia. Em operação em velocidade total, a GPU Cortex-A7 + 3D de núcleo duplo é totalmente aberta, com uma velocidade de processador de 2470DMIPS e uma porção Cortex-M4 com uma velocidade de processamento de 260DMIPS. No modo de baixa energia, o Cortex-A7 entra no modo de espera e apenas o Cortex-M4 é executado, consumindo 1/4 do modo normal. Se você deseja entrar no modo de espera total, o consumo de energia é de apenas 1/2500 do modo anterior.
Do modo de espera à operação em velocidade máxima, o STM32MP1 funciona muito bem. Leva apenas 1 segundo para retornar à interface Linux, e os 3s podem retornar à interface do aplicativo gráfico 3D.
Também é fundamental que os periféricos ricos equipados com o STM32MP1 possam ser atribuídos a A7 ou M4 online. Esses periféricos incluem USB 2.0, Gigabit Ethernet GMAC, CAN FD e várias interfaces I2C, UART e SPI padrão, além de uma variedade de periféricos analógicos.
Devido à maior complexidade, a ST também projetou um IC de gerenciamento de energia dedicado (PMIC) STPMIC1 para o STM32MP1. Ele integra quatro conversores buck DC / DC, seis reguladores LDO, um conversor boost DC / DC e USB VBUS e interruptores universais para fornecer STM32MP1 e outros componentes na placa. O trilho de tensão necessário.
Introduzindo um novo kernel e expandindo o espaço de aplicativos do STM32. Sylvain RAYNAUD conclui: "Para clientes que usaram aplicativos de microprocessador + MCU anteriormente, o STM32MP1 pode fazer isso com um único chip; enquanto os clientes usaram MPU anteriormente, o STM32MP1 pode ser usado para aplicativos de MCU".
Trabalhando com Linux, apoiado por ecologia madura
A introdução do kernel Cortex-A7 também apresentou o Linux aos desenvolvedores. Para acelerar o desenvolvimento do projeto, a ST lançou uma distribuição Linux convencional de código aberto OpenSTLinux Distribution. O OpenSTLinux foi aprovado pela comunidade Linux, como Linux Foundation, Yoctoproject® e Linaro. Esta versão contém todos os componentes básicos necessários para executar o software no núcleo do processador de aplicativos.
"Ao oferecer suporte a toda a fonte de desenvolvimento Linux, somos totalmente compatíveis com os padrões de software de código aberto, incluindo a Linux Foundation e o Yocto Project." Sylvain RAYNAUD disse: "Como o Linux tem muito código-fonte aberto, os clientes têm uma má escolha. Para isso, a ST é Yocto constrói um projeto que permite que os clientes usem o kit de desenvolvimento de maneira estável e fácil".
Ao mesmo tempo, o STM32MP1 também vem pré-instalado com o sistema operacional de segurança OP-TEE. “Se os clientes precisam pagar por seus próprios aplicativos de segurança, a ST já resolveu esse problema para os clientes usarem o sistema operacional criptografado gratuito.” Sylvain RAYNAUD explicou o motivo.
No lado do Cortex-A7, o OpenSTLinux pode ser usado. No lado do Cortex-M4, a ferramenta anterior STM32Cube pode ser usada. De acordo com Sylvain RAYNAUD, existem muitos códigos e drivers de referência no STM32Cube que dão suporte aos clientes, incluindo muitas APIs para acesso periférico e vários middlewares. Todos esses são kits de desenvolvimento de software com garantia de qualidade ST, com termos comerciais muito amigáveis, facilitando o uso dos clientes.
Em termos de ferramentas de desenvolvimento de hardware, a ST oferece três placas de desenvolvimento: uma placa com todos os recursos, uma placa de descoberta (apenas periféricos básicos) e uma placa de protótipo / produção de terceiros. Essas três placas estão disponíveis na flagship store STM32 Tmall.
Para apoiar o desenvolvimento do usuário, a ST também implantou uma plataforma de terceiros em escala global, principalmente suportando GUI, criptografia e treinamento. Além disso, a ST estabeleceu um site wiki dedicado para dar suporte aos clientes STM32MP1 no desenvolvimento relacionado ao Linux.
Embora o tempo de nascimento do STM32MP1 não seja longo, ele formou uma série completa de produtos. Atualmente, o STM32MP1 possui três linhas de produtos: 157, 153, 151. Entre eles, o 151 é equipado com o Cortex-A7 + Cortex M4; 153 adiciona CAN FD e Cortex A7 de núcleo duplo; 157 é o desempenho mais alto da série atual, com GPU 3D de braço duplo Cortex-A7 + Cortex-M4 + 3D, suporte para DSI e CAN FD.
A adoção de uma arquitetura heterogênea é uma iniciativa do STM32 para atender ao aumento da demanda por interação homem-computador. Para o planejamento futuro do produto, Sylvain RAYNAUD disse: "O futuro da série se desenvolverá em duas direções: alto desempenho, segurança, funcionalidade e otimização de energia de custos. Aplicações potenciais como indústria, eletrônicos de consumo, assistência médica e inteligência em casa, o STM32MP1 podem ser perfeitamente suportado ".