Основы робототехники

Отладочные платы на базе микроконтроллеров STM32

Содержание

Успех компании STMicroelectronics на рынке микроконтроллеров обеспечен не только огромным перечнем предлагаемых моделей, но и широким спектром отладочных программных и аппаратных средств, позволяющих создавать и отлаживать резидентное программное обеспечение. В статье пойдет речь об отладочных платах серий Discovery, Nucleo и Evaluation Boards.

Микроконтроллеры STM32

Компания STMicroelectronics занимается разработкой, изготовлением и продажей полупроводниковых и микроэлектронных компонентов. Компания занимает лидирующую позицию по выпуску микроконтроллерной продукции в мире и электронных компонентов в Европе.

Микроконтроллеры семейства STM32 производятся компанией STMicroelectronics начиная с 2007 года и объединяются в серии, каждая из которых базируется на одном и том же 32-битном ядре ARM, имеющим разные модификации: Cortex-M0, Cortex-M0+, Cortex-M3, Cortex-M4F, Cortex-M7F. На данный момент номенклатура контроллеров STM32 представляет собой перечень из более чем десяти серий. Каждая из серий обладает своими отличительными особенностями. На рисунке 1 приведен перечень микроконтроллеров компании STMicroelectronics, относящихся к семейству STM32.

Рис. 1. Серии микроконтроллеров STM32

Рис. 1. Серии микроконтроллеров STM32

Для понимания различий между сериями приведем их краткую характеристику (таблица 1).

Таблица 1. Краткая характеристика серий микроконтроллеров STM32

Серия Наименование серии STM32L0 STM32L1 STM32L4
Серия STM32L включает в себя микроконтроллеры, архитектура которых ориентирована, в первую очередь, на достижение минимального уровня потребления энергии с сохранением должной производительности. Для достижения требуемых характеристик применяются различные методы, такие как: гибкая система тактирования, контроль потребления энергии за счет наличия специальных режимов, управление входным напряжением в динамическом режиме, включение специальной периферии, такой как LP – UART, LP – Timer и т.д. Ядро Cortex-M0+ Cortex-M3 Cortex-M4
Частота работы До 32 МГц До 32 МГц До 80 МГц
Flash-память 16…192 кбайт 32…512 кбайт 256 кбайт…1 Мбайт
Память RAM До 20 кбайт До 80 кбайт До 320 кбайт
Особенность Первоначально разрабатывались в качестве конкурентного решения для 16-битных контроллеров, однако в преобладающем большинстве случаев превосходят их по уровню производительности. Данная группа обладает меньшим энергопотреблением по сравнению традиционной линейкой STM32F, но в то же время мало уступает им в производительности. Производительность этой группы может выдавать до 177ULPMark /273CoreMark, что даже превышает производительность таких семейств, как STM32F, относящихся к базовым.
STM32F0, STM32F1 и STM32F3 – являются базовыми сериями. Микроконтроллеры приведенных серий обладают наиболее рациональным характеристиками и наиболее сбалансированным соотношением производительности, энергопотребления и цены. Наименование серии STM32F0 STM32F1 STM32F3
Ядро Cortex-M0 Cortex-M3 Cortex-M4
Частота работы До 48 МГц До 72 МГц До 72 МГц
Flash-память 16…256 кбайт 16 кбайт…1 Мбайт 16…512 кбайт
Память RAM До 32 кбайт До 96 кбайт До 80 кбайт
Особенность Данная серия обладает относительно невысокой производительностью. Основное назначение серии – замена 8- и 16-битных контроллеров в традиционных бюджетных решениях. Первая 32-битная линейка контроллеров, выпущенная компанией STMicroelectronics. Контроллеры именно этой серии сподвигли многих разработчиков уйти от решений на 8-битных ядрах. Приоритет для данной серии – это работа с аналоговыми сигналами. Контроллеры серии обладают блоком вычислений с плавающей запятой и поддержкой DSP-инструкций. Включает в себя богатый набор аналоговой периферии, в том числе – 16-битные ΣΔ-АЦП, быстродействующие АЦП с поразрядным уравновешиванием и скоростью преобразования достигающей величины до пяти миллионов выборок в единицу времени.
STM32F2, STM32F4, STM32F7, STM32H7 – это высокопроизводительные серии, предназначенные для получения максимального уровня производительности. Однако, среди данных серий существуют линейки, целью которых является снижение динамического энергопотребления, например, STM32F401. Наименование серии STM32F2 STM32F4 STM32F7 STM32H7
Ядро Cortex-M3 Cortex-M4 Cortex-M7 Cortex-M7
Частота работы До 120 МГц 168…180 МГц до 216 МГц до 400 МГц
Flash-память 128 Кбайт…1 Мбайт до 2 Мбайт до 2 Мбайт до 2 Мбайт
Память RAM До 128 кбайт До 384 кбайт До 512 кбайт До 1 Мбайт
Особенность Является следующей стадией развития микроконтроллеров серии STM32F1, описанной ранее. Объединяет в себе более сотни моделей микроконтроллеров. Серия состоит из нескольких линеек, оптимизированных и объединенных по различным характеристикам, таким как: уровень интеграции устройства, уровень энергопотребления, производительность и т.д. Перечень доступной периферии существенно разнится от линейки к линейке. Наиболее простые микроконтроллеры включают в себя только самое необходимое: различные коммуникационные интерфейсы, таймеры, порты ввода/вывода. Однако продвинутые модели этой серии уже обладают более прогрессивным набором: графический ускоритель, TFT-чип, аудиосистема, контроллер внешней памяти и т.д. Сверхпроизводительная серия, включающая в себя набор периферии, обладающий большим разнообразием: USB и Ethernet интерфейсы, CAN, HDMI, ЕАЕ-контроллер, DFSDM, FMC-контроллер внешней памяти, графический ускоритель, и т.д. Данная серия была наиболее производительной среди микроконтроллеров ST до выхода контроллера STM32H7. На данный момент –флагманская серия. При производстве контроллеров используются топологические нормы в 40 нанометров, что позволяет увеличить быстродействие и в то же время снизить энергопотребление. Также увеличен перечень коммуникационных средств по сравнению с предшественниками:
  • Контроллер CAN способен работать не только с протоколами ISO 11898-1, но и с CAN FD1.0 и TTCAN(ISO 11898-4).
  • CAN FD является версией протокола, направленной на увеличение скорости передачи: результат может достигать до 12 Мбит/с.
  • TTCAN-протокол высокого уровня, необходимый в данном случае для увеличения детерминированности при пересылке данных. В результате применения TTCAN происходит контроль глобального времени посредством мастера, расположенного на шине, и выполняется арбитраж, при котором все устройства могут претендовать на гарантированный доступ к шине данных.

Линейка микроконтроллеров STM32 постоянно расширяется, и та производительность, которая вчера казалась фантастикой, уже сегодня становится обыденностью. STM32 обладает огромным количеством моделей и насчитывает на данный момент более семисот представителей. Благодаря такому многообразию каждый инженер, исходя из предъявляемых к будущему устройству требований, – уровня производительности, уровня интеграции, энергопотребления и/или стоимости, – может подобрать микроконтроллер с оптимальными характеристиками практически для любого приложения. Среди иных преимуществ STM32:

  • Десятилетняя гарантия выпуска на абсолютно все серии линейки STM32:

Такая гарантия существенно важна (а во многих случаях и необходима) для изделий автомобильной и станкостроительной промышленности, где жизненный цикл разработок составляет от десяти до двадцати лет. Если проводить аналогию с коммерческими отраслями, где цикл жизни электронных изделий составляет около пяти лет, то станет ясно, что если следовать критериям рынка коммерческих решений и, соответственно, прекращать выпуск компонентов, входящих в элементную базу, уже через 5 лет, то такие промышленные устройства, как станки ЧПУ, электропривод, модули связи и так далее не смогут окупаться, не говоря уже о принесении прибыли. Через 5 лет, в случае выхода из строя, также сложно будет устранить поломку (из-за отсутствия запасных частей) или найти аналогичную модель на замену.

  • Большой перечень утилит и систем для разработки, включающий в себя в том числе находящееся в свободном доступе бесплатное программное обеспечение. В перечень входят продукты от компании ST, а также различные решения от сторонних производителей. Также в последнее время все большую популярность получают открытые для редактирования платформы разработки и утилиты от различных разработчиков, доступные для скачивания в сети.
  • Широкая поддержка со стороны производителя в информационной сфере: документация на продукты компании, руководства по применению, универсальные готовые решения, примеры подключения и т.д., а также тематические форумы и паблики, создаваемые самими пользователями.
  • ST предлагает большое количество плат для отладки и ознакомления с работой своих контроллеров: Nucleo, Discovery и Evaluation Boards. Отладочные платы этих семейств имеют приемлемую стоимость и обладают возможностью глубокого взаимодействия с программным обеспечением, поставляемым компанией. Также платы поддерживаются системами разработки ПО от сторонних производителей (Olimex, Keil, IARи т.д).

На последнем пункте стоит заострить особое внимание: во многом популярность контроллеров производства ST, в частности – семейства STM32, обусловлена наличием возможности быстрого старта, который обеспечивается именно отладочными платами. Благодаря им пользователь может оперативно освоить работу контроллера, отладить свою программу и даже создать прототип будущего устройства. На данный момент произведено более одного миллиона отладочных комплектов, базирующихся на STM32. Упомянутые комплекты представляют собой часть платформы ODE (Open Development Environment). Данная платформа значительно облегчает процесс знакомства и последующей работы с контроллерами семейства STM32, а также с другими решениями компании ST, являющимися частью платформы.

Средства отладки и разработки

Средства отладки и разработки можно разделить на две основные группы: аппаратные и программные. Обе эти группы широко представлены компанией STMicroelectronics. К аппаратным средствам прежде всего относятся отладочные платы, которые так же, как и сами микроконтроллеры, на которых они базируются (в данном случае STM32), разделены на серии (рисунок 2).

Рис. 2. Серии отладочных плат на базе микроконтроллера STM32

Рис. 2. Серии отладочных плат на базе микроконтроллера STM32

На данный момент пользователю доступны более сотни различных отладочных комплектов трех основных групп: Nucleo, Discovery и Evaluation Boards, а также различные модули расширения для плат серии Nucleo и комплекты разработки от сторонних производителей.

STM32 Nucleo

Данная серия представляет собой набор отладочных плат производства компании STMicroelectronics, имеющих невысокую стоимость, но в то же время дающих пользователю возможность быстро, эффективно и с минимальными материальными затратами создавать прототипы, гибкие к изменению и добавлению нового функционала.

Сейчас на рынке представлено около тридцати комплектов отладочных плат Nucleo. Серия Nucleo включает в себя три линейки: Nucleo-32, Nucleo-64 и Nucleo-144, внешний вид и основные отличия в интерфейсах которых приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Наборы отладочных плат Nucleo

Рис. 3. Наборы отладочных плат Nucleo

Основным отличием между платами является количество выводов микроконтроллера.

Имя серии Nucleo («ядро») также выбрано не случайно: эти платы имеют довольно ограниченный функционал при использовании их в автономной работе, они предназначены прежде всего для совместного использования с модулями расширения. При использовании модулей плата Nucleo является вычислительным ядром системы и основой построения всего решения. Платы Nucleo могут работать с модулями Arduino: Nucleo-32 совместимы с Arduino nano, Nucleo-64 и Nucleo-144 способны взаимодействовать с Arduino UnoV3.

Возможности плат Nucleo могут разительно отличаться в зависимости от группы. Например, Nucleo-32 и Nucleo-64 обладают только набором из базовых элементов (светодиоды индикации состояния и пользовательские, пользовательская кнопка, а также кнопка Reset) и встроенным в плату программатором-отладчиком ST-LINK, а Nucleo-144 имеет более расширенный функционал, включающий различные коммуникационные интерфейсы (Ethernet, USB и т.д.).

Несмотря на общую технологию построения, платы серии Nucleo имеют различия, начиная от приведенного выше форм-фактора и встроенных интерфейсов и заканчивая используемым микроконтроллером (а значит и основными характеристиками платы), а также отличаются стоимостью, что немаловажно для разработчика.

На рисунке 4 показана структура серии отладочных плат STM32 Nucleo, а по таблице 1 можно сравнить основные параметры используемых контроллеров. Благодаря большому разнообразию применяемых микроконтроллеров задача выбора отладочной платы для будущей разработки значительно упрощается.

Рис. 4. Структура отладочных плат серии Nucleo

Рис. 4. Структура отладочных плат серии Nucleo

Как уже упоминалось ранее, функционал отладочных плат Nucleo в основном определен модулями расширения. Компания STMicroelectronics предлагает широкий перечень таких плат (таблица 2). Также возможно включение плат с поддержкой Arduino от сторонних производителей.

Таблица 2. Платы расширения для отладочных плат семейства Nucleo

Наименование Краткое описание
X-NUCLEO-IKS01A2 Плата расширения, базирующаяся на основе МЭМС-датчиков движения, а также датчиков состояния окружающей среды.
X-NUCLEO-6180XA1 Плата расширения с датчиками контроля освещения.
X-NUCLEO-53L0A1 Плата расширения на базе модуля лазерного дальномера и датчика жестов VL52L0X, которые применяют технологии Time-of-Flight и FlightSense
X-NUCLEO-CCA02M1 Плата расширения с микрофоном на базе MP34DT01-M
X-NUCLEO-IDB05A1 Плата расширения с Bluetooth-модулем SPBTLE-RF
X-NUCLEO-NFC04A1 Плата расширения с NFC/RFID-меткой на основе ST25DV04K
X-NUCLEO-PLM01A1 Плата расширения на основе ST7580
X-NUCLEO-GNSS1A1 Плата расширения с модулем навигации GNSS
X-NUCLEO-IHM01A1 Плата расширения для управления шаговым двигателем. Базируется на основе микросхемы L6474
X-NUCLEO-IHM02A1 Плата расширения на основе драйвера L6470 двухфазного биполярного шагового двигателя с поддержкой микрошагового режима.
X-NUCLEO-IHM03A1 Плата драйвера мощного шагового двигателя на основе системы в корпусе (SiP) powerSTEP01
X-NUCLEO-IHM04A1 Плата расширения для управления шаговым двигателем. Базируется на основе микросхемы L6206
X-NUCLEO-IHM07M1 Трехфазный драйвер для BLDC/PMSM-двигателей
X-NUCLEO-IHM06A1 Плата расширения на основе микросхемы низковольтного драйвера шагового двигателя STSPIN220
X-NUCLEO-IHM05A1 Плата расширения для управления шаговым двигателем. Базируется на основе микросхемы L6208
X-NUCLEO-IHM12A1 Плата расширения на основе микросхемы низковольтного драйвера шагового двигателя STSPIN240
X-NUCLEO-IKA01A1 Мультифункциональная плата расширения, основанная на операционных усилителях
X-NUCLEO-CCA01M1 Плата расширения на основе микросхемы высокоэффективной цифровой аудиосистемы STA350BW.
X-NUCLEO-LED61A1 Плата расширения, которая была разработана в качестве примера использования чипа LED6001 в компактном драйвере светодиодов.
X-NUCLEO-IPS02A1 Плата расширения для управления заземленной нагрузкой (нагревательные элементы, драйвер соленоида, светодиодный драйвер, драйвер лампы, замена реле насосов и вентиляторов).
X-NUCLEO-LPM01A Плата расширения, служащая для измерения энергопотребления. Плата представляет собой программируемый источник питания, который работает в диапазоне от 1,8 до 3,3 вольт и обладает возможностями измерения мощности потребления нагрузки.

Примером использования стандарта LoRa в продукции STMicroelectronics может служит плата расширения I-NUCLEO-LRWAN1, позволяющая пользователю в связке с отладочной платой Nucleo ознакомиться с процессами отладки и разработки устройств, способных работать согласно алгоритмам IoT, при этом используя технологию LoRa.

Отладочные платы Nucleo являются наиболее эргономичным решением для построения прототипа устройства или изучения работы микроконтроллера, однако необходимость покупки дополнительных модулей, а также ограниченные возможности самих плат часто заставляют пользователей обратиться к другим решениям, включающим в себя более широкий набор встроенной периферии, таким как платы серии Discovery.

Отладочные платы Discovery

На сегодняшний день разработчику доступно более двадцати различных отладочных плат серии Discovery. Название серии, также, как и у плат Nucleo, имеет основополагающее значение и в переводе значит «открытие». Платы Discovery предназначены прежде всего для простоты ознакомления разработчика с работой и устройством микроконтроллера, на основе которого построена плата, при минимальных затратах времени.

Платы Discovery – это законченное устройство, которое полностью готово к началу работы и имеет в составе всю необходимую для этого периферию: кнопки, светодиоды, штыревые колодки и т.д., а также инфраструктуру для демонстрации отличительных характеристик устройств.

Помимо прочего, платы серии Discovery содержат разъемы расширения, позволяющие взаимодействовать с большинством выводов контроллера и расширять функциональные возможности платы путем подключения сторонних плат расширения.

В комплекте с отладочной платой идет набор HAL-библиотек и комплект примеров программ для микроконтроллера, позволяющий еще больше упростить процесс разработки и написания программного кода.

Несмотря на одинаковые принципы построения, каждая плата Discovery обладает своими особенностями. Например, отладочная плата Discovery на базе STM32F0 имеет в своем составе только стартовый набор периферии (плюс пара дополнительных кнопок), а плата Discovery на основе STM32F7 уже включает в себя достаточно большой перечень дополнительных элементов: цветной TFT-дисплей, USB, Ethernet и так далее, и обладает впечатляющим внешним видом (рисунок 5).

Рис. 6. Отладочные платы Discovery

Рис. 5. Отладочные платы Discovery

Серия Discovery, как и Nucleo, имеет в своем составе программатор ST-LINK, интегрированный в саму отладочную плату, который может быть использован для программирования внешних устройств на базе контроллеров STM.

Пользователь может взаимодействовать с выводами контроллера платы через разъемы на самой плате. Отладочная плата может быть запитана как от USB-разъема, так и от внешнего источника. Как правило, платы Discovery имеют в своем составе светодиоды индикации, отображающие состояние питания (включен или выключен на данный момент отладочный модуль), обмен данными и т.д., а также светодиоды, работающие согласно алгоритму программы пользователя, кнопку Reset и пользовательскую кнопку. Также платы имеют в своем составе различные датчики: микрофоны, акселерометры, гироскопы и т.д., а также дисплеи для визуализации и отображения информации, построенные по технологиям TFT, E-Ink, ЖКИ.

Не так давно в серию плат Discovery вошли платы с возможностью прямого подключения к облачным сервисам, поддержкой Lora и Sigfox. В таблице 3 отображены приведенные решения, а также другие новинки серии Discovery от STMicroelectronics.

Таблица 3. Новинки отладочных плат Discovery

  • Микроконтроллер STM32L4R9AII6 в корпусе UF BGA169;
  • 2 Мбайта Flash;
  • 640 кбайт RAM;
  • Емкостной сенсорный AMOLED-дисплей круглой формы, размером 1,2 дюйма и разрешением 390 на 390 пикселей работающий через интерфейс MIPI DSI;
  • SAI аудио кодек;
  • ST-MEMS цифровые микрофоны;
  • 16 Мбит асинхронный PSRAM;
  • 512 Мбит Octo-SPI Flash;
  • Два светодиода, работающие по алгоритму пользователя;
  • Одна кнопка Reset;
  • Джойстик: движение в четырех направления + кнопка выбора;
  • Разъемы для подключения дополнительной периферии:
  • разъем подключения 8-битной видеокамеры,
  • USB OTG FS с Micro-AB,
  • разъем для подключения стереонаушников и аналогового микрофона,
  • слот для карт памяти формата microSD;
  • Микроконтроллер STM32F413ZHT6;
  • 1,5 Мбайт Flash;
  • LCD-дисплей разрешением в 240х240 пикселей с параллельным интерфейсом и touch-panel коннектором;
  • 8 Мбит PSRAM (512K слов x 16 бит);
  • 128 Мбит Quad-SPI Nor Flash;
  • I 2 C-аудиокодек;
  • Аудио разъем для подключения динамиков и микрофона;
  • Два встроенных ST-MEMS-микрофона;
  • Разъем расширения для подключения до пяти MEMS-микрофонов;
  • USB OTG FS с Micro-AB разъемом;
  • Слот для MicroSD-карт;
  • Встроенный Wi-Fi-модуль 802.11 b/g/n;
  • Две кнопки: пользовательская и Reset;
  • Два светодиода, работающих по алгоритму пользователя: зеленый и оранжевый;
  • Микроконтроллер STM32F769NIH6 в корпусе BGA216;
  • 2 Мбайт Flash;
  • 512+16+4 кбайт RAM;
  • Емкостной сенсорный LCD-дисплей диагональю 4 дюйма; работающий через интерфейс MIPI DSI;
  • SAI-аудио кодек;
  • Два разъема аудио: линейный вход и линейный выход;
  • Выход стерео для динамиков;
  • Четыре ST MEMS-микрофона с DFSDM-входами;
  • Два разъема SPDIF RCA: вход и выход;
  • Две кнопки (пользовательская и Reset);
  • 512 Mбит Quad-SPI Flash;
  • 128 Mбит SDRAM;
  • Слот для карт памяти формата microSD;
  • Разъем Ethernet совместимый с IEEE-802.3-2002;
  • Микроконтроллер STM32L496AGI6;
  • 1 Мбайт Flash;
  • 320 кбайт RAM;
  • Аудиокодек SAI;
  • Цифровые микрофоны ST-MEMS;
  • 8 Mбит PSRAM;
  • Два светодиода, работающих по алгоритму пользователя;
  • Две кнопки – пользовательская и сброс;
  • Джойстик: движение в четырех направлениях + кнопка выбора;
    Разъемы для подключения дополнительной переферии:
  • Камера 8 бит;
  • USB с микро-AB;
  • Разъем для стереогарнитуры с аналоговым микрофонным входом;
  • Слот для карт памяти формата microSD.

Отладочная плата, дающая возможность пользователям разрабатывать решения, обладающие способностью прямого подключения к облачным серверам.

  • Микроконтроллер STM32L475
  • 1 Мбайт Flash
  • 128 кбайт RAM
  • 64 Mbit Quad-SPI (Macronix) Nor Flash
  • Bluetooth V4.1 модуль SPBTLE-RF
  • Sub-GHz (868 MHz или 915 MHz) модуль SPSGRF-868 или SPSGRF-915
  • 802.11 b/r/N совместимый беспроводной модуль от Inventek Systems ISM43362-M3G-L44
  • Метка NFC основанная на M24SR
  • Два цифровых микрофона MP34DT01
  • Емкостный датчик влажности и температуры HTS221
  • Высокопроизводительный трехосевой магнитометр LIS3MDL
  • Акселерометр и гироскоп LSM6DSL
  • Две кнопки (пользовательская и Reset)

Для работы с облачными сервисами, LoRa и Sigfox, компанией STMicroelectronics были разработаны специальные расширения для среды STM32Cube:

  • I-CUBE-LRWAN – расширение для работы с LoRa
  • X-CUBE-SFOX – расширение для работы с Sigfox
  • X-CUBE-CLOUD – расширение для работы и взаимодействия с сервисами, использующими облачную инфраструктуру, такими как Amazon Web Services, Microsoft Azure, IBM Watson и т.д.

Discovery является широко распространенной серией, программный код для плат которой может быть разработан как в средах и утилитах STMicroelectronics, так и в сторонних средах разработки, поддерживающих микроконтроллеры STM32: IAR, Keil, Atollic и т.д.

Отладочные платы семейства Discovery являются отличным решением для тех, кто хочет разобраться в работе контроллера или построить прототип, в котором, однако, может быть задействовано не так много периферии, как в других сериях изделий компании, в частности в отладочных платах Evaluation Boards.

Evaluation Boards

Отладочные платы серии Evaluation Boards предназначены для полного и глубокого ознакомления с работой и особенностями различных линеек контроллеров STM32. Как уже было отмечено ранее, если сравнивать Discovery и Evaluation Boards, становится понятно, насколько последние превосходят предыдущую серию в разнообразии периферии: если платы Discovery имели в своем составе только стартовый набор, необходимый для начального ознакомления и отладки работы микроконтроллера, то платы Evaluation Boards обладают куда большим перечнем дополнительных компонентов (рисунок 6), в число которых входят: программатор ST-LINK, дисплеи, построенные по технологиям TFT, E-Ink и ЖКИ, интерфейсы CAN, USB, Ethernet и т.д., различные разъемы для подключения дополнительной периферии, светодиоды, датчики и другое.

Рис. 7. Evaluation Boards

Рис. 6. Evaluation Boards

На данный момент разработчикам доступны 27 разновидностей отладочных плат Evaluation Boards, построенных на основе микроконтроллеров STM32 всех доступных семейств, начиная от экономной серии STM32L и заканчивая флагманом STM32H7. Среди последних новинок следует отметить:

    – отладочная плата на базе контроллера STM32L4R9AI. Микроконтроллер из линейки STM32L4+ имеет сверхнизкое энергопотребление, заключен в корпус UFBGA169 и способен работать с частотой до 120 МГц, а также обладает 2 Мбайт Flash и 640 кбайт RAM-памяти. На плате расположен 1,2 дюймовый LCD-дисплей круглой формы разрешением 390×390 пикселей, работающий по MIPI DSI-интерфейсу, а также 4,3 дюймовый TFT LCD-дисплей разрешением 480×272 пикселей с режимом RGB. Также на плате расположены 2 х ST-MEMS цифровых микрофона, слот под microSD, поддержка интерфейса I 2 C, порт RS-232, USB OTG FS Micro-AB порт, CAN 2.0A/B-совместимый порт и др. – отладочная плата на базе контроллера STM32F769NI. Микроконтроллер состоит в линейке STM32F7 и обладает высокой производительностью, заключен в корпус BGA216 и способен работать с частотой до 216 МГц, а также обладает 2 Мбайт Flash и 512+16+4 кбайт RAM-памяти. На плате расположен 4-дюймовый сенсорный LCD дисплей, работающий по MIPI DSI-интерфейсу. Плата также включает в себя следующие интерфейсы: 4 I 2 C, 6 SPI, SDIO, 2 SAI, интерфейс 8-14-битного модуля цифровой камеры, Ethernet MAC, FMC и Quid-SPI. Она также имеет 4 USART и 4 UART, 2 CAN шины, 3 12-битных АЦП, 2 12-битных канала ЦАП, RS-232 и т.д. – отладочная плата на базе контроллера STM32H743XI. Микроконтроллер является на сегодняшний день флагманом среди всей линейки STM32, заключен в корпус TFBGA240+25 и способен работать с частотой до 400 МГц, а также обладает 2 Мбайт Flash и 1 Мбайт RAM-памяти. На плате расположен 5,7 дюймовый TFT-дисплей с сенсорной панелью и разрешением 640×480 пикселей; Плата обладает 3 USB с Micro-AB разъемами, RS-232, Ethernet RJ45, FD-CAN разъемом, разъемом для подключения динамиков и микрофона, слотом для microSD карты, JTAG/SWD и ETM и т.д.

Аналогично предыдущей серии Discovery, отладочные платы Evaluation Boards могут использоваться автономно, без подключения дополнительных модулей.

Применяя отладочные платы STMicroelectronics для своих решений, пользователи получают доступ не только к аппаратным средствам разработки, но и к широкому спектру сопроводительной информации, в который входят:

  • Принципиальная схема отладочной платы, Gerber-файлы и спецификация;
  • Руководство пользователя, примеры использования платы;
  • Бесплатные и свободно распространяемые программные средства разработки от STMicroelectronics;
  • Перечень информации, созданный самими пользователями и находящийся в открытом доступе на различных форумах и пабликах.

Однако для полноценного использования отладочных плат прежде всего нужно создать программный код, который бы включал в себя алгоритм работы контроллера и его взаимодействия с периферией платы или, как минимум, загрузить такой код из представленных примеров для первичного ознакомления. В том и другом случае необходимо наличие специализированного программного обеспечения, и здесь большим плюсом является возможность применения бесплатных средств разработки программного кода от компании STMicroelectronics (STM32CubeMX, STM Studio и т.д.). Конечно, существуют и другие среды разработки программного обеспечения, например, Keil, IAR и т.д., однако лицензия на работу с ними стоит несколько тысяч долларов. В этом смысле компания STMicroelectronics вместе с партнерами существенно упрощают жизнь независимым компаниям со скромным бюджетом.

Бесплатные программные средства от STMicroelectronics

Как правило, процесс разработки программного обеспечения для отладочных плат включает в себя четыре основные стадии:

  • Выбор микроконтроллера, характеристики которого отвечали бы требованиям разрабатываемого решения.
  • Создание программного обеспечения нижнего уровня (различные драйверы и библиотеки, используемые в дальнейшей работе), а также создание функций инициализации, отвечающих за настройку системной и общей периферии и тактирования.
  • Создание программного обеспечения среднего и верхнего уровней, включающего в себя основные функции работы приложения.
  • Отладка и доработка созданного программного кода.

Благодаря компании STMicroelectronics описанные выше шаги могут быть успешно выполнены без каких-либо материальных затрат: компания на данный момент предлагает четыре бесплатных инструмента для программирования контроллеров собственного производства:

  • ST MCU Finder – представляет собой мобильное приложение, в котором пользователь может выбрать оптимально подходящий по требованиям микроконтроллер или отладочный набор для своего решения, выполнив тем самым первую стадию разработки.
  • STM32CubeMX – графическая среда, предназначенная для генерации проектов на базе микроконтроллеров семейства STM32. Среда дает возможность пользователям автоматически генерировать код на языке С и основу прикладной программы посредством использования визуальных утилит. Благодаря данной среде процесс написания функций инициализации не занимает много времени, так как у программиста нет необходимости создавать стартовые функции вручную. Однако основной алгоритм работы пользователь по-прежнему должен создавать самостоятельно.
  • SW4STM32 – открытая интегрированная среда разработки, построенная на базе Eclipse. Среда служит для разработки встраиваемого программного обеспечения для контроллеров семейства STM32. Данная среда предоставляет пользователю возможность написания программного кода, а также его отладки и загрузки в микроконтроллер.
  • STM Studio – представляет собой утилиту, разработанную компанией STMicroelectronics. Данная утилита предоставляет пользователю возможность отслеживать значения переменных при отладке/выполнении программного кода в реальном времени.

Заключение

Компания STMicroelectronics завоевала рынок микроконтроллеров во многом благодаря всесторонней поддержке своей продукции и пользователей, использующих эту продукцию в своих решениях. Микроконтроллеры серии STM32 отлично подходят как для создания прототипов, так и для использования их в серии, а многообразие их семейств позволяет подобрать для производимого решения наиболее оптимальный контроллер, учитывая параметры производительности, энергопотребления, стоимости и т.д.

Выбор микроконтроллера, а также ознакомление с принципами его работы во многом облегчаются благодаря отладочным платам компании: платы Nucleo имеют низкую стоимость и дают пользователю возможность создать наиболее оптимальное решение при помощи дополнительных модулей, платы Discovery отлично подходят для ознакомления и отладки начальных решений и имеют в своем составе всю необходимую для этого периферию; если же периферии плат Discovery недостаточно, на помощь приходят Evaluation Boards, способные удовлетворить требования самых дотошных разработчиков.

Бесплатное программное обеспечение также значительно упрощает процесс создания решений на базе контроллеров STM32, а широкий спектр документации, информационная поддержка и множество тематических разделов на различных форумах сводят трудности освоения контроллеров на первичных этапах к минимуму.


Источник: www.compel.ru