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STM32H7系列参考设计与应用笔记

2020-10-12 20:23:00  94 STM32
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STM32可以列出很多关键词,跨界通用、全面覆盖、完整生态、超低功耗、多种应用。而 高性价比 是最受用户关注的关键词。


自2007年,作为主流供应商推出世界第一款Cortex-M MCU,到2020年新推出的H7系列高性能大内存产品,十几年来,ST在MCU市场上不断加大创新力度,STM32持续出新。5大家族、17条产品线、千款型号、I/O兼容,STM32大家族跨越通用、超低功耗、高性能和超高性价比MCU,全面覆盖各种应用需求,打造出了32位MCU的大帝国。

谈到STM32的高性能家族产品,大家已经对STM32F2/F4/F7耳熟能详。之后的STM32H7系列继承和发展了高性能产品家族的特性,其中单核的H743/750和双核745/747也已经得到了广泛应用。2020年初,ST推出STM32H7A3。2020年9月,H7系列又出新品,STM32H723将高性能与低价格的平衡推到极致

▲  STM32F2/F7/H7高性能各系列Coremark/DMIPS对比
STM32H7各产品应用定位如下:
STM32H743:单核480MHz及丰富的资源,适用于工业、医疗及消费类应用;
STM32H745:双核架构、125度耐温以及强大的运算能力,适应于工业应用的苛刻环境;
STM32H747:内置MIPI DSI, 满足同时需要高性能及显示要求的应用;
STM32H7A3:内置大容量1.4MB SRAM及低功耗,适用于家电及工控显示应用;
STM32H723:单核最强性能及高性价比,适用于工业、医疗及消费类成本敏感型应用。

▲ STM32H7各产品应用定位

细说 STM32H7
STM32H7 使用三电源域架构:主处理域、低功耗域、外设域。三电源域架构有效防止系统漏电流的产生、从而降低整体运行功耗;三电源域可按照需求自由关闭,制定灵活的低功耗方案;所有电源域的外设资源可自由分配到单核或者双核使用、灵活配置。

▲ STM32H7系列电源域架构

STM32 H7系列主要特性:
  • Cortex-M7 480MHz主频
- 双核Cortex-M4 240MHz (仅STM32H7x5/H7x7系列)- 2400 Coremark, 1027DMIPS- 双精度浮点运算单元- 16+16KB 一级缓存- 64KB ITCM 和 128KB DTCM 快速访问内存- 最高总线速率达到240MHz
  • 2MB 内部 Flash
    - 双区设计、可不停机升级
    - 每页128KB,带ECC校验
  • 分散式 1MB SRAM
    - CM7内核:64KB ITCM 和 128KB DTCM
    - AXI总线:512KB
    - AHB总线:288KB
    - 低功耗域:64KB
    - 全部SRAM都带有ECC校验

H7系列具有强大的内核,Chrom-ART Accelerator 和MJPEG Codec 可减轻90%以上的CPU工作负荷,图像显示效果佳;主DMA能处理记忆体和外设之间最复杂的数据传输配置,最多提供16个通道减轻CPU工作负荷,可横跨各种外设,高效率传输资料;在安全管理方面,使用专属加密技术和哈希硬件加速,可减轻90%以上的CPU工作负荷;高精度计时器(2.1ns) 能产生复杂波形,与多重事件同步,无须CPU辅助。

▲ STM32H7系列的典型案例 - 3D打印机

STM32H743_H753/STM32H745_H755/STM32H747_H757系列的典型应用案例是3D打印机。其中,Cortex-M7作为高速运算处理器,负责处理显示部分,实时处理部分由Cortex-M4负责。一颗MCU即可完成整个打印机功能,大大节省系统元器件数量。

STM32H7A3/STM32H7B3主攻图像应用,如家庭控制板,温控器等。AXI总线:1MB(2x384KB + 256KB)连续地址SRAM有助于图像处理;支持串行psram外扩。图像Chrom-GRC在圆形显示时减少20%的缓存资源。OctoSPI 接口能更快速地连接外部存储器,并支持 OctoSPI PSRAM,大容量内部RAM。

STM32H7A3/STM32H7B3内嵌图像处理引擎,能够支持高分辨率显示应用,并能优化中低分辨率显示应用。仅使用64pin 封装就能满足图像显示应用,无需扩展SRAM,令系统架构简单,PCB面积更小,成本更低。

▲ STM32H7X3系列的典型案例 - 智能家电显示控制板

在STM32H7A3/STM32H7B3的典型案例——智能家电显示控制板的系统架构中,ITCM和DTCM主要放置常用代码;实时控制部分通过SDMMC和传统通讯接口,进行传感器以及马达驱动控制,在执行上实现了真正的零等待过程。

H7功耗优化功能非常突出。

▲ STM32H7优异的能效表现

在运行模式下,传统的STM32F7功耗为500uA/MHz。使用H7,功耗仅为258 uA/MHz,使用SMPSDC/DC供电模式,功耗还会再缩减一半,仅为F7的四分之一。

在停止模式下,F7功耗大概为370 uA,STM32H745在SMPS供电方式下,功耗为60 uA,如果使用STM32H7A3,功耗可达32 uA。

性价比之王:STM32H723/H733和STM32H725/H735

STM32H723_H733 和 STM32H725_H735 系列近期已全球发布。该系列的主频和外设资源丰富很多,但价格更便宜。产品集成了以太网,内存扩展,TFT LCD显示驱动,对于工业网卡、变频器、伺服器等应用非常有优势。

新品 STM32H72x 将价格推向极致,一样的价格,5倍的性能

▲ STM32H72x 系列与以往高性能系列性能对比

性能方面, STM32H72x 系列在 550MHz 的CPU主频下,从Flash执行程序时,能够实现2778 CoreMark /1177 DMIPS 的性能,借助L1缓存可实现零等待执行;L1缓存(32 KB的I-缓存 +32 KB的D-缓存)提高外部存储器的执行性能。

▲ STM32H723_H733和STM32H725_H735系列的处理性能

该系统拥有共享型ITCM:ICTM与AXI总线RAM共享一个192KB存储空间,可配置,针对高主频和性能情况下,通过配置达到代码执行最高效率。

数学加速器是另一个新功能,一方面做三角函数运算,另一方面作为数字滤波加速器,能够实现功能加速与减轻CPU负担。

在显示方面,该系列通过Chrome-ART 加速器,使用内部RAM时,LCD-TFT 支持高达800x600分辨率,最小封装仅为QFN-68 。

相较于之前推出的高性能超值系列 STM32F730/750/H750,最新问世推出的STM32H7B0/H730,延续了STM32H7A3和STM32H723系列的主要特性,除flash配置为128k外,其他配置都相同。该系列特别适合价格敏感的客户应用。

STM32H7的生态系统

与其他STM32产品一样,ST为H7系列产品提供了从硬件、软件开发工具等完整的生态系统。

▲ STM32H7软件开发平台

在软件工具方面,ST提供从调试、开发、配置、监测一站式开发平台。
  • STM32CubeMX芯片选型/项目配置/ 代码生成/
  • STM32CubeIDE:代码编辑/代码编译链接/代码调试/代码烧写
  • STM32CubeProgrammer:烧写、读取片上存储区/烧写、读取片外存储区/烧写、读取选项字节/
  • STM32Cube Monitor:功耗测试无线蓝牙调试,USB PD调试


▲ STM32H7硬件开发平台

硬件工具方面,STM32H7硬件开发平台包括:
  • NUCELO – 可自由搭建你的项目模型
  • Discovery – 能快速测试STM32H7关键特性
  • EVAL – 全面测试STM32H7所有性能




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