MCU典型應用設計：STM32-F2在工廠自動化中的應用

工業(yè)環(huán)境正在對嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)人員構成日益嚴峻的挑戰(zhàn)，究其主要原因，當前系統(tǒng)和通信協(xié)議棧變得越來越復雜，系統(tǒng)實時性和安全要求越來越嚴格，同時，這種趨勢直接影響到半導體元器件的特性和技術規(guī)格。

　　為克服這些挑戰(zhàn)，意法半導體在今年初發(fā)布了STM32-F2系列微控制器，以幫助開發(fā)人員實現(xiàn)要求苛刻的工業(yè)應用。新系列產品誕生于深受市場歡迎的STM32產品家族，擁有更高的性能、更大的存儲容量和針對工業(yè)應用優(yōu)化的外設。F2 系列產品在一顆芯片上集成了多種功能，例如，控制/調整功能和復雜的通信協(xié)議棧。高集成度的優(yōu)點是，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)化應用成本。

　　工業(yè)自動化市場的特點是多個通信協(xié)議并存，實時應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內核，因此，有20多家實時操作系統(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，意法半導體還增加了一個兼容CMSIS的硬件抽象層和其它固件庫，例如，支持永磁同步電機（PMSM）的磁場定向控制 （FOC） 。本文將介紹兩個第三方專門為STM32F-2研發(fā)的工廠自動化軟件： 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針對工廠自動化的改進的性能

　　與上一代產品STM32-F1相比，STM32-F2在很多方面加以改進，特別是性能更加出色，外設接口更加豐富。STM32-F2采用90nm光刻技術，處理速度達到120MHz，并使運行功耗保持在合理水平（300uA/MHz）。這項光刻技術的另一個好處是集成度更高，有助于降低應用的系統(tǒng)級成本。

　　為了充分發(fā)揮Cortex-M3內核的優(yōu)異性能，意法半導體重新評估了產品架構。新產品在120MHz下釋放150DMIP的強勁性能（Dhrystone 2.1），CoreMark測試成績取得254高分（2.120 CoreMark/MHz 通過EEMBC 認證）， STM32F-2因而進入Cortex-M微控制器的第一陣營，這個成績歸功于自適應實時存儲器加速器（ARTTM），采用這項閃存訪問管理技術后，應用代碼執(zhí)行不再會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核本身慢三倍，但是，在代碼執(zhí)行過程中不會出現(xiàn)等待狀態(tài)，即便處理速度達到120MHz時也是零等待狀態(tài)。因此，新系列產品可大幅縮減設計尺寸，降低功耗和閃存的EMC影響，確保最高的產品性能。

　　STM32-F2的主要特性如下： 最高1MB的閃存、128kB RAM、6個UART（7.5Mbps）、3個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器（OTP）。

　　總線矩陣

　　除單純的內核計算能力外，微控制器設計人員還必須考慮總線設計，在微控制器不同單元之間實現(xiàn)并行訪存和數(shù)據(jù)傳輸，例如，內核和通信外設需要同時訪問不同的存儲器。因此，主要總線最終被設計成一個多層AHB總線矩陣，最多支持6個同步數(shù)據(jù)流。

　　STM32-F2系列微控制器共有5個總線主控制器：

　　●有3條內核總線的ARM Cortex-M3內核

　　●2個DMA控制器

　　●高速USB主設備控制器

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