MCU典型應(yīng)用設(shè)計(jì)：STM32-F2在工廠自動(dòng)化中的應(yīng)用

工業(yè)環(huán)境正在對(duì)嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)人員構(gòu)成日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，究其主要原因，當(dāng)前系統(tǒng)和通信協(xié)議棧變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和安全要求越來越嚴(yán)格，同時(shí)，這種趨勢(shì)直接影響到半導(dǎo)體元器件的特性和技術(shù)規(guī)格。

　　為克服這些挑戰(zhàn)，意法半導(dǎo)體在今年初發(fā)布了STM32-F2系列微控制器，以幫助開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用。新系列產(chǎn)品誕生于深受市場歡迎的STM32產(chǎn)品家族，擁有更高的性能、更大的存儲(chǔ)容量和針對(duì)工業(yè)應(yīng)用優(yōu)化的外設(shè)。F2 系列產(chǎn)品在一顆芯片上集成了多種功能，例如，控制/調(diào)整功能和復(fù)雜的通信協(xié)議棧。高集成度的優(yōu)點(diǎn)是，縮小印刷電路板空間，避免在不同的控制器之間存在易受到電磁兼容性影響的連接電路，優(yōu)化應(yīng)用成本。

　　工業(yè)自動(dòng)化市場的特點(diǎn)是多個(gè)通信協(xié)議并存，實(shí)時(shí)應(yīng)用需要高效的操作系統(tǒng)。因此，軟件棧和操作系統(tǒng)成為選擇微控制器的首要參數(shù)。 STM32微控制器基于受到市場廣泛支持的Cortex M3內(nèi)核，因此，有20多家實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通信協(xié)議提供商供用戶選擇。為使STM32微控制器更加完美，意法半導(dǎo)體還增加了一個(gè)兼容CMSIS的硬件抽象層和其它固件庫，例如，支持永磁同步電機(jī)（PMSM）的磁場定向控制 （FOC） 。本文將介紹兩個(gè)第三方專門為STM32F-2研發(fā)的工廠自動(dòng)化軟件： IXXAT開發(fā)的支持PTP的IEEE1588協(xié)議軟件包和PORT開發(fā)的Profinet通信協(xié)議棧。

　　STM32-F2針對(duì)工廠自動(dòng)化的改進(jìn)的性能

　　與上一代產(chǎn)品STM32-F1相比，STM32-F2在很多方面加以改進(jìn)，特別是性能更加出色，外設(shè)接口更加豐富。STM32-F2采用90nm光刻技術(shù)，處理速度達(dá)到120MHz，并使運(yùn)行功耗保持在合理水平（300uA/MHz）。這項(xiàng)光刻技術(shù)的另一個(gè)好處是集成度更高，有助于降低應(yīng)用的系統(tǒng)級(jí)成本。

　　為了充分發(fā)揮Cortex-M3內(nèi)核的優(yōu)異性能，意法半導(dǎo)體重新評(píng)估了產(chǎn)品架構(gòu)。新產(chǎn)品在120MHz下釋放150DMIP的強(qiáng)勁性能（Dhrystone 2.1），CoreMark測(cè)試成績?nèi)〉?54高分（2.120 CoreMark/MHz 通過EEMBC 認(rèn)證）， STM32F-2因而進(jìn)入Cortex-M微控制器的第一陣營，這個(gè)成績歸功于自適應(yīng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)器加速器（ARTTM），采用這項(xiàng)閃存訪問管理技術(shù)后，應(yīng)用代碼執(zhí)行不再會(huì)受閃存本身固有的等待狀態(tài)的影響。雖然閃存的速度比內(nèi)核本身慢三倍，但是，在代碼執(zhí)行過程中不會(huì)出現(xiàn)等待狀態(tài)，即便處理速度達(dá)到120MHz時(shí)也是零等待狀態(tài)。因此，新系列產(chǎn)品可大幅縮減設(shè)計(jì)尺寸，降低功耗和閃存的EMC影響，確保最高的產(chǎn)品性能。

　　STM32-F2的主要特性如下： 最高1MB的閃存、128kB RAM、6個(gè)UART（7.5Mbps）、3個(gè)SPI接口 （30Mbps）、支持IEE1588 PTP V2的以太網(wǎng)媒體訪問控制器（MAC）、4kB備用RAM、512字節(jié)的一次性可編程存儲(chǔ)器（OTP）。

　　總線矩陣

　　除單純的內(nèi)核計(jì)算能力外，微控制器設(shè)計(jì)人員還必須考慮總線設(shè)計(jì)，在微控制器不同單元之間實(shí)現(xiàn)并行訪存和數(shù)據(jù)傳輸，例如，內(nèi)核和通信外設(shè)需要同時(shí)訪問不同的存儲(chǔ)器。因此，主要總線最終被設(shè)計(jì)成一個(gè)多層AHB總線矩陣，最多支持6個(gè)同步數(shù)據(jù)流。

　　STM32-F2系列微控制器共有5個(gè)總線主控制器：

　　●有3條內(nèi)核總線的ARM Cortex-M3內(nèi)核

　　●2個(gè)DMA控制器

　　●高速USB主設(shè)備控制器

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