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擁抱異構,加入Linux MCU轉變為MPU

從2007年首款STM32F103開始,經過十二年的發展,STM32系列已成為新世紀最成功的MCU系列。隨著多核和擴展外圍設備的引入,STM32的自我升級並未停止。現在,異構內核的引入將成為STM32發展史上的另一個重要節點,新的MPU將在MCU的基礎上出現。

引入異構內核

STM32系列的最新成員是STM32MP1微處理器系列,該系列結合了Cortex-A和Cortex-M內核。

Cortex-M是ARM處理器中專用的MCU內核,Cortex-A是應用處理器內核,現在手機中的Apple A系列,Qualcomm Snapdragon,華為麒麟處理器都基於Cortex-A架構。將Cortex-A引入到MCU中,即,將異構計算引入到MCU中。

“ MPU實際上非常複雜。經過長時間的思考和驗證,整個成熟和上市將需要五年的時間。” STMicroelectronics微控制器部門STM32微處理器產品市場經理Sylvain RAYNAUD表示。

STM32MP1系列微處理器集成了兩個650MHz Arm Cortex-A7應用處理器內核和一個以209MHz運行的高性能Arm Cortex-M4微控制器內核。同時,STM32MP1還嵌入到GPU中以支持人機顯示界面。

三核劃分明確,A7內核運行Linux,GPU負責顯示功能,M4內核執行傳統的控制功能。這三個核心通過獨特的IPCC機制進行通信,並配備了加密措施。 “他們在郵箱中進行通信,然後將通信數據存儲在SRAM中。” Sylvain RAYNAUD解釋道。

為了防止MPU系統中的性能瓶頸和帶寬問題,STM32MP1支持價格合理的DDR SDRAM存儲器,包括DDR3,DDR3L,LPDDR2、533MHz 32/16位LPDDR3。此外,STM32MP1支持多種閃存產品:eMMC,SD卡,SLC NAND,SPI NAND和Quad-SPI NOR閃存。

在結構上,STM32MP1既靈活又節能。在全速運行中,雙核Cortex-A7 + 3D GPU完全開放,處理器速度為2470DMIPS,Cortex-M4部分的處理速度為260DMIPS。在低功耗模式下,Cortex-A7進入待機模式,只有Cortex-M4運行,消耗了正常模式的1/4。如果要進入完全待機模式,則功耗僅為先前模式的1/2500。

從待機模式到全速運行,STM32MP1的性能都很好。返回Linux界面僅需1秒,而3s可以返回3D圖形應用程序界面。

同樣重要的是,配備STM32MP1的豐富外設可以在線分配給A7或M4。這些外設包括USB 2.0,千兆以太網GMAC,CAN FD和多個標準I2C,UART和SPI接口,以及一系列模擬外設。

由於復雜性增加,意法半導體還為STM32MP1設計了專用的電源管理IC(PMIC)STPMIC1。它集成了四個DC / DC降壓轉換器,六個LDO穩壓器,一個DC / DC升壓轉換器,USB VBUS和通用電源開關,以在板上提供STM32MP1和其他組件。所需的電壓軌。

引入新內核並擴展STM32的應用空間。 Sylvain RAYNAUD得出結論:“對於以前使用微處理器+ MCU應用程序的客戶,STM32MP1可以用單個芯片完成;而以前使用過MPU的客戶,則STM32MP1可以用於MCU應用程序。”

在成熟的生態學支持下使用Linux

Cortex-A7內核的引入也將Linux引入了開發人員。為了加快項目開發速度,意法半導體發布了主流的開源Linux發行版OpenSTLinux發行版。 OpenSTLinux已被Linux社區(例如Linux Foundation,Yoctoproject®和Linaro)批准。此版本包含在應用程序處理器內核上運行軟件所需的所有基本組件。

“當支持整個Linux開發源時,我們與包括Linux Foundation和Yocto Project在內的開源軟件標準完全兼容。” Sylvain RAYNAUD表示:“由於Linux有很多開源代碼,因此客戶有不好的選擇。為此,ST Yocto打造了一個Project,該項目允許客戶以穩定,簡便的方式使用開發套件。”

同時,STM32MP1還預裝了安全操作系統OP-TEE。 “如果客戶需要為自己的安全應用程序付費,ST已經為客戶使用免費的加密OS解決了這個問題。” Sylvain RAYNAUD解釋了原因。

在Cortex-A7方面,可以使用OpenSTLinux。在Cortex-M4端,可以使用以前的STM32Cube工具。根據Sylvain RAYNAUD的說法,STM32Cube中有許多支持客戶的參考代碼和驅動程序,包括許多用於外圍設備訪問的API和各種中間件。所有這些都是具有ST質量保證,非常友好的業務條款的軟件開發套件,使客戶易於使用。

在硬件開發工具方面,ST提供了三個開發板:功能齊全的板,發現板(僅基本外圍設備)和第三方原型/生產板。這三塊板可在STM32天貓旗艦店購買。

為了支持用戶開發,意法半導體還在全球範圍內部署了一個超級第三方平台,主要支持GUI,加密和培訓。此外,意法半導體已經建立了專用的Wiki網站,以支持STM32MP1客戶進行與Linux相關的開發。

儘管STM32MP1的誕生時間不長,但它已經形成了完整的產品系列。目前,STM32MP1擁有3條產品線:157、153、151。其中151配備了Cortex-A7 + Cortex M4。 153增加了CAN FD和雙核Cortex A7; 157具有雙核Arm Cortex-A7 + Cortex-M4 + 3D GPU,支持DSI和CAN FD,是當前系列中性能最高的。

STM32採取了一種異構體系結構來解決對人機交互日益增長的需求。對於未來的產品規劃,Sylvain RAYNAUD表示:“該系列的未來將朝著兩個方向發展:高性能,安全性,功能性和成本動力優化。工業,消費電子產品,醫療保健和智能家居,STM32MP1等潛在應用可以完美實現支持的。”