高性價比MCU的傳奇——STM32H7系列

高性價比MCU的傳奇——STM32H7系列

STM32可以列出很多關鍵詞,跨界通用、全面覆蓋、完整生態、超低功耗、多種應用。而高性價比是最受用戶關注的關鍵詞。

從2007年推出世界第一款Cortex-M MCU,到2020年新推出的H7系列高性能大內存產品,十幾年來,ST在MCU市場上不斷加大創新力度,STM32持續出新。5大家族、17條產品線、千款型號、I/O兼容,STM32大家族跨越通用、超低功耗、高性能和超高性價比MCU,全面覆蓋各種應用需求,打造出了32位MCU的大帝國。

談到STM32的高性能家族產品,大家已經對STM32F2/F4/F7耳熟能詳。之後的STM32H7系列繼承和發展了高性能產品家族的特性,其中單核的H743/750和雙核745/747也已經得到了廣泛應用。2020年初,ST推出STM32H7A3。2020年9月,H7系列又出新品,STM32H723將高性能與低價格的平衡推到極致

高性價比MCU的傳奇——STM32H7系列

▲ STM32F2/F7/H7高性能各系列 Coremark/DMIPS對比

STM32H7各產品應用定位如下:

STM32H743:單核480MHz及豐富的資源,適用於工業、醫療及消費類應用;

STM32H745:雙核架構、125度耐溫以及強大的運算能力,適應於工業應用的苛刻環境;

STM32H747:內置MIPI DSI, 滿足同時需要高性能及顯示要求的應用;

STM32H7A3:內置大容量1.4MB SRAM及低功耗,適用於家電及工控顯示應用;

STM32H723:單核最強性能及高性價比,適用於工業、醫療及消費類成本敏感型應用。

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▲ STM32H7各產品應用定位

細說 STM32H7

STM32H7 使用三電源域架構:主處理域、低功耗域、外設域。三電源域架構有效防止系統漏電流的產生、從而降低整體運行功耗;三電源域可按照需求自由關閉,制定靈活的低功耗方案;所有電源域的外設資源可自由分配到單核或者雙核使用、靈活配置。

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▲ STM32H7系列電源域架構

STM32 H7系列主要特性:

  • Cortex-M7 480MHz主頻

- 雙核Cortex-M4 240MHz (僅STM32H7x5/H7x7系列)

- 2400 Coremark, 1027DMIPS

- 雙精度浮點運算單元

- 16+16KB 一級緩存

- 64KB ITCM 和 128KB DTCM 快速訪問內存

- 最高總線速率達到240MHz

  • 2MB 內部 Flash- 雙區設計、可不停機升級- 每頁128KB,帶ECC校驗
  • 分散式 1MB SRAM- CM7內核:64KB ITCM 和 128KB DTCM- AXI總線:512KB- AHB總線:288KB- 低功耗域:64KB- 全部SRAM都帶有ECC校驗

H7系列具有強大的內核,Chrom-ART Accelerator 和MJPEG codec 可減輕90%以上的CPU工作負荷,圖像顯示效果佳;主DMA能處理記憶體和外設之間最複雜的數據傳輸配置,最多提供16個通道減輕CPU工作負荷,可橫跨各種外設,高效率傳輸資料;在安全管理方面,使用專屬加密技術和哈希硬件加速,可減輕90%以上的CPU工作負荷;高精度計時器(2.1ns) 能產生複雜波形,與多重事件同步,無須CPU輔助。

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▲ STM32H7系列的典型案例 - 3D打印機

STM32H743_H753/STM32H745_H755/STM32H747_H757系列的典型應用案例是3D打印機。其中,Cortex-M7作為高速運算處理器,負責處理顯示部分,實時處理部分由Cortex-M4負責。一顆MCU即可完成整個打印機功能,大大節省系統元器件數量。

STM32H7A3/STM32H7B3主攻圖像應用,如家庭控制板,溫控器等。AXI總線:1MB(2x384KB + 256KB)連續地址SRAM有助於圖像處理;支持串行PSRAM外擴。圖像Chrom-GRC在圓形顯示時減少20%的緩存資源。OctoSPI 接口能更快速地連接外部存儲器,並支持 OctoSPI PSRAM,大容量內部RAM。

STM32H7A3/STM32H7B3內嵌圖像處理引擎,能夠支持高分辨率顯示應用,並能優化中低分辨率顯示應用。僅使用64pin 封裝就能滿足圖像顯示應用,無需擴展SRAM,令系統架構簡單,PCB面積更小,成本更低。

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▲ STM32H7X3系列的典型案例 - 智能家電顯示控制板

在STM32H7A3/STM32H7B3的典型案例——智能家電顯示控制板的系統架構中,ITCM和DTCM主要放置常用代碼;實時控制部分通過SDMMC和傳統通訊接口,進行傳感器以及馬達驅動控制,在執行上實現了真正的零等待過程。


H7功耗優化功能非常突出。

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▲ STM32H7優異的能效表現

在運行模式下,傳統的STM32F7功耗為500uA/MHz。使用H7,功耗僅為258 uA/MHz,使用SMPSDC/DC供電模式,功耗還會再縮減一半,僅為F7的四分之一。

在停止模式下,F7功耗大概為370 uA,STM32H745在SMPS供電方式下,功耗為60 uA,如果使用STM32H7A3,功耗可達32 uA。


性價比之王:STM32H723/H733和STM32H725/H735

STM32H723_H733 和 STM32H725_H735 系列近期已全球發佈。該系列的主頻和外設資源豐富很多,但價格更便宜。產品集成了以太網,內存擴展,TFT LCD顯示驅動,對於工業網卡、變頻器、伺服器等應用非常有優勢。


新品 STM32H72x 將價格推向極致,一樣的價格,5倍的性能。

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▲ STM32H72x 系列與以往高性能系列性能對比

性能方面, STM32H72x 系列在 550MHz 的CPU主頻下,從Flash執行程序時,能夠實現2778 CoreMark /1177 DMIPS 的性能,藉助L1緩存可實現零等待執行;L1緩存(32 KB的I-緩存 +32 KB的D-緩存)提高外部存儲器的執行性能。

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▲ STM32H723_H733和STM32H725_H735系列的處理性能

該系統擁有共享型ITCM:ICTM與AXI總線RAM共享一個192KB存儲空間,可配置,針對高主頻和性能情況下,通過配置達到代碼執行最高效率。

數學加速器是另一個新功能,一方面做三角函數運算,另一方面作為數字濾波加速器,能夠實現功能加速與減輕CPU負擔。

在顯示方面,該系列通過Chrome-ART 加速器,使用內部RAM時,LCD-TFT 支持高達800x600分辨率,最小封裝僅為QFN-68 。

相較於之前推出的高性能超值系列 STM32F730/750/H750,最新問世推出的STM32H7B0/H730,延續了STM32H7A3和STM32H723系列的主要特性,除flash配置為128k外,其他配置都相同。該系列特別適合價格敏感的客戶應用。


STM32H7的生態系統

與其他STM32產品一樣,ST為H7系列產品提供了從硬件、軟件開發工具等完整的生態系統。

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▲ STM32H7軟件開發平臺

在軟件工具方面,ST提供從調試、開發、配置、監測一站式開發平臺。

  • STM32CubeMX:芯片選型/項目配置/ 代碼生成/
  • STM32CubeIDE:代碼編輯/代碼編譯鏈接/代碼調試/代碼燒寫
  • STM32CubeProgrammer:燒寫、讀取片上存儲區/燒寫、讀取片外存儲區/燒寫、讀取選項字節/
  • STM32Cube Monitor:功耗測試,無線藍牙調試,USB PD調試
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▲ STM32H7硬件開發平臺

硬件工具方面,STM32H7硬件開發平臺包括:

  • NUCELO – 可自由搭建你的項目模型
  • Discovery – 能快速測試STM32H7關鍵特性
  • EVAL – 全面測試STM32H7所有性能


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