迄今全球性能最高、基于Cortex-M的微控制器：STM32F4系列

意法半导体产品行销经理 杨正廉。

ARM架构的MCU/eMPU近3年来在全球市占率飞快的提升，基于ARM Cortex-M架构的MCU供应商族繁不及备载，如何以高效能、高附加价值兼顾低功耗、低成本获得业界青睐，就成为MCU供应商的决胜关键…

意法半导体(简称ST)是跨国性的半导体公司，辖下划分为无线通讯(Wireless)、车用电子暨消费性电子╱电脑与通讯设施(Automotive,Comsumer ,Computer & Communication Infrastructure；ACCI)以及工业与多区段市场(Industrial and Multi-Segment Sector)3大事业群，总部位于瑞士日内瓦，包含ST-Ericsson全球员工数超过53,000人，2010年营收为103.5亿美元，是欧洲第1大半导体公司，以及全球第5大半导体公司。ST拥有意大利Agrate Brianza、Catania、Crolles、Rousset、法国Tours、新加坡等地共15座晶圆厂，另外在大陆、马来西亚、马耳他、摩洛哥、菲律宾和新加坡设有组装测试厂。在全球36个国家设有78个销售处。

意法半导体产品行销经理杨正廉先生，首先引用Semicast Research市调数据指出，在全球32/64bit MCU/eMPU市占率中，ARM架构的MCU/eMPU，从2007年13.6%成长到2010年的23.5%，而x64/x86 MCU/eMPU市占率从2007年的22.5%到2010的22.7%维持平盘，市调机构均乐观估计2011年ARM架构仍会维持强劲而稳健的成长。同时ARM授权的Cortex-M系列MCU，在2010年全球市场总销售量达1.44亿颗，其中STM32出货量累计到2011年1Q为止，突破7,000万颗，占全球Cortex-M MCU累积出货量45%；另外在Google查找关键字/关键页面的数量上，STM32被查找数，从2009年起也超越其他供应ARM Cortex-M的竞争供应商。

杨正廉表示，忘掉传统业界对MCU做8/16/32bit位元宽度上的区分，ST所提供的STM32架构，将以高效能与低耗能兼顾、单一32位元ARM Cortex-M0/M3/M4架构来一统天下，它将涵盖所有8/16/32bit的嵌入式╱消费型╱工控应用。ARM Cortex-M4的超低功耗微核心、内建浮点运算处理器(FPU)、可程序化中断处理机制，以及数码信号处理(Digital Signal Processing；DSP)所需要的SIMD单周期累乘加电路(MAC)，可提供较Cortex-M3在DSP与MP3播放效能提升50%，也比同时脉ARM9E微核心架构快上5~25%。

而ST最新推出的STM32 F4采ARM Cortex-M4微核心架构，工作电压为1.7V~ 3.6V，待机功耗最低仅1μA(RTC)；采192K SRAM与1MB Flash存储器容量设计，具备3组12bit ADC与两组全双工(Full Duplex I2S)周边界面设计，并提供易于使用与开发的C语言工具套件与函式库支持。同时STM F4提供超过30种规格版本，并与原先STM32 L1、F1、F2全系列MCU达成脚位兼容，使开发商原先针对STM32 L1、L2、F2设计的产品，能够无缝的移转╱升级到STM F4 MCU以加快执行效能与多媒体视讯╱音讯的处理速度。

多重创新技术强化MCU运算效能与应用

杨正廉指出，STM32 F4是目前世界上最高效能的Cortex-M微核心架构的MCU，它以领先业界的168MHz高运作频率，创下210 DMIPS运算效能，以及363 Coremark的效能评分，均较既有提供Cortex-Mx微架构的竞争对手Freescale、Renesas、Nuvoton等快上许多。

他进一步提到STM F4提供超越业界相同架构性能的技术关键，首先是ST’s ART Accelerator技术，在连接到Cortex-M4核心电路的双通道、4线交叉的128bit SRAM指令提取╱执行汇流排设计，以及8通道、128bit宽度的Flash5快闪存储器汇流排之间；透过ART Accelerator提供汇流排智能仲裁取可调变的存取优化设计，使得Flash存储器能在168MHz全速运作时脉下，依然达到零等待状态(0-wait state)的高速数据读写作业。

其次是STM32 F4采取32位元多重AHB汇流排(Multi-AHB Bus Matrix)阵列化设计，可同时应付MCU核心MP3解码、数据解压到112KB SRAM、DMA直接存储器存取到I2S、以及从Flash存储器抓取图像像素数据以DMA方式到显示控制电路的加速处理等作业。

在低功耗设计方面，杨正廉认为真正的低功耗MCU，不仅仅只是当移动设备进入待机或睡眠模式的低功耗表现，因为此时装置的软件是停止执行的状态，应该连同该MCU在与全速运转模式下功耗并参照其所占的时间比例来综合评断。他认为其他竞争对手宣称的低功耗数值，仅有在整个系统约90%时间均处于不做任何事情的低功耗模式下，才能有这样的表现。而STM32 F4从真正的源头，也就是从MCU的核心电压与周边驱动电压方面着手，STM32 F4系列采用90纳米制程技术，MCU核心电压设计仅1.2V，连周边驱动电压(Vdd)也降至1.7V，在ART加速技术降低Flash存储器存取的等待周期下，待机功耗仅1μA(RTC时钟供电)，加上4KB SRAM供电也仅需2μA。

在周边搭配上，对外可连接IEEE 1588v2 Ethernet以太网络控制标准，支持双USB OTG与两个全双工I2S周边，并内建电源监控、2.44MSPS ADC类比电压转换与待机功耗仅1μA的硬件编码╱解码引擎线路。另外，STM32 F4 MCU内建的192KB SRAM与1MB Flash容量，足以存储大多数内嵌式╱消费性电子产品操作所需的韧体、软件、RTOS操作系统，以及与各种软件应用的协定╱堆叠层，而无需额外的存储器；同时提供4KB电池供电维持内容的SRAM设计，可作为存储数据、参数与设定备份之用。另外528bytes OTP唯读存储器的设计，可提供独一无二的ID码，供Ethernet MAC以太网络控制器做网络封包编码控制，或编解码引擎运作时起始种子值之用。

全系列封装脚位高兼容性 丰富的软硬件开发套件

杨正廉强调，目前STM32 L1/F1/F2/F4全系列超过250种版本，均使用相同的开发软件套件，并且在相同封装的版本维持脚位兼容的设计。STM32 F4目前有512KB Flash与1MB Flash两种快闪存储器容量，以及64pins LQFP/CSP、100pins LQFP、144pin LQFP与176pin LQFP/UFBGA等4种封装，目前提供STM32F407VE、STM32F407ZE、STM32F407IE、STM32F417VE、STM32F417ZE、STM32F417IE；STM32F405RG、STM32F405VG、STM32F405ZG、STM32F407VG、STM32F407ZG、STM32F407IG、STM32F405ZG；STM32F415RG、STM32F415VG、STM32F415ZG、STM32F417VG、STM32F417ZG、STM32F417IG等共18种版本，以提供Ethernet、2xUSB OTG、Camera I/F或1xUSB OTG，以及有无Encryption编解码引擎等的规格差异。

至于STM32开发工具与软件部份，也是相当齐全且具备延展性。ST提供全系列产品的工程评估板(EVB)，例如349美元的STM3240G-EVAL，以及14.9美元的STM32F4 DISCOVERY侦错附加套件，支持所有对外设计界面并可连接任何周边，ST提供的开发工具，对开发工程原型机相当具备成本效益；另外业界也可选择目前在ARM MCU产业生态上所使用的其他厂家的IDE开发套件，例如RAISONANCE、Aiji、Hitex、IAR System、Atollic、iSystem、Green Hills、KEIL、LAUTERBACH、SIGNUM、TASKING、expresslogic与CMX System等厂商产品可供选择。

杨正廉总结STM32 F4系列MCU的特点，它是全球最高效能的Cortex-M系列微控制器，STM32 F4的家族把STM32扩展到超过250个以上的家族成员╱产品版本。而全球几乎每两颗Cortex-M微控制器，就有1颗是ST所生产的STM32微控制器。

目前STM32系列MCU普遍应用于汽车电子、智能电网、家用网络连结等，客户已实作的产品有POS条码阅读器╱进销存管理系统、工业自动化与太阳能光电板、交通运输、医疗电子、智能建筑、居家保全/火警侦测装置、测试与量测仪器、消费性电子装置、通讯产品，以及应用在触控人机界面、网络闸道器、慢跑健身器、LED电视背光模块、Wi-Fi无线FullHD高清传输装置等应用。杨正廉说，目前厂商正积极开发云端方面的应用，未来将会有更多产品使用STM32系列微控制器。