1.2. Обзор семейства stm32
До появления STM32 компания ST уже имела в ассортименте выпускаемой продукции 4 семейства микроконтроллеров на основе ядер ARM7 и ARM9, однако именно у микроконтроллеров STM32 было достигнуто существенное улучшение соотношения стоимости и рабочих характеристик. Микроконтроллеры STM32, цена которых за штуку при покупке больших количеств составляет чуть более одного Евро, бросают серьезный вызов существующим 8-битным микроконтроллерам. Микроконтроллеры STM32 изначально выпускались в 14 различных вариантах, разделенные на две группы: Performance Line, в которую вошли микроконтроллеры с тактовой частотой ЦПУ до 72 МГц, и Access Line (тактовая частота до 36 МГц). Обе группы микроконтроллеров совместимы по расположению выводов и программному обеспечению. Объем их встроенной Flash памяти достигал 128 кбайт, а статического ОЗУ – 20 кбайт. С момента первого появления микроконтроллеров STM32 их ассортимент был существенно расширен новыми представителями с увеличенными объемами ОЗУ и Flash памяти, а также с более сложными устройствами ввода-вывода.
Семейство STM32 состоит из двух групп. Группа Performance Line работает на тактовых частотах до 72 МГц и оснащена полным набором периферийных устройств, а группа Access Line работает на частотах до 36 МГц и интегрирует ограниченный набор периферийных устройств.
1.2.1. Многофункциональные периферийные устройства
На первый взгляд набор встроенной периферии, в т.ч. два АЦП, таймеры общего назначения, I2C, SPI, CAN, USB и часы реального времени (ЧРВ), кажется обычным для самых простых микроконтроллеров. Но если детально рассмотреть каждое из этих устройств, то выяснится, что они гораздо более сложные. Например, 12-битный АЦП оборудован датчиком температуры и поддерживает несколько режимов преобразования, а микроконтроллера с двумя АЦП могут использовать их совместно еще в девяти режимах преобразования. По аналогии с этим, каждый из четырех таймеров, оснащенных блоками захвата и сравнения, может использоваться как отдельно, так и совместно, образуя более сложные массивы таймеров. У таймера с расширенными функциями (advanced timer) добавлена поддержка управления электродвигателями. Для этого у него предусмотрено 6 комплементарных ШИМ-выходов с программируемой "мертвой зоной" и вход экстренного останова, который переводит ШИМ-выходы в предварительно запрограммированное безопасное состояние. У интерфейса SPI предусмотрен аппаратный генератор контрольной суммы (CRC) для 8 и 16 слов, что упрощает реализацию интерфейса карт Flash-памяти SD и MMC.
В отличие от простых микроконтроллеров, у STM32 также предусмотрен 7-канальный блок прямого доступа к памяти (ПДП, английская аббревиатура: DMA). Каждый канал может использоваться для передачи данных между регистрами любого из периферийных устройств и запоминающими устройствами 8/16 или 32-битными словами. Каждое из периферийных устройств может выполнять роль потокового контроллера ПДП, при необходимости отправляя данные или посылая запрос на их получение. Арбитр внутренней шины и матрица шин минимизируют потребность в арбитраже доступа к шинам со стороны ЦПУ и каналов ПДП. Это означает, что блок ПДП является универсальным, простым в применении и реально автоматизирует передачу потоков данных внутри микроконтроллера.
Микроконтроллеры STM32 отличаются казалось бы невозможным сочетанием характеристик малого энергопотребления и высокой производительности. Они способны работать от источника питания напряжением 2 В на тактовой частоте 72 МГц и потреблять при этом ток, с учетом нахождения в активном состоянии всех встроенных ресурсов, всего лишь 36 мА. Если же использовать поддерживаемые ядром Cortex экономичные режимы работы, то потребляемый ток можно снизить до ничтожных 2 мкА в режиме STANDBY. Для быстроты возобновления активной работы микроконтроллера используется внутренний RC-генератор на частоту 8 МГц. Его активность сохраняется на время запуска внешнего генератора. Благодаря быстроте перехода в экономичные режимы работы и выхода из них результирующая средняя потребляемая мощность еще больше снижается.