СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №5/2013

В последние годы32 разрядные мик роконтроллеры (МК) на основе про цессоров ARM стремительно завоёвы вают мир электроники. Этот прорыв обусловлен их высокой производи тельностью, совершенной архитекту рой, малым потреблением энергии, низкой стоимостьюи развитыми сред ствами программирования. К РАТКАЯ ИСТОРИЯ Название ARM является аббревиату рой Advanced RISC Machines, где RISC (Reduced Instruction Set Computer) обозначает архитектуру процессоров с сокращённымнабором команд. Подав ляющее число популярныхМК, напри мер семейства PIC и AVR, также имеют архитектуру RISC, которая позволила увеличить быстродействие за счёт упрощения декодирования инструк ций и ускорения их выполнения. Появление совершенных и произво дительных 32 разрядных ARM микро контроллеров позволяет перейти к решению более сложных задач, с ко торыми уже не справляются 8 и 16 разрядные МК. Микропроцессорная архитектура ARM с 32 разрядным ядром и набором команд RISC была разработана британ ской компанией ARM Ltd, которая за нимается исключительно разработкой ядер, компиляторов и средств отладки. Компания не производит МК, а прода ёт лицензии на их производство. МК ARM – один из быстро развиваю щихся сегментов рынка МК. Эти при боры используют технологии энерго сбережения, поэтому находятширокое применение во встраиваемых системах и доминируют на рынке мобильных устройств, для которых важно низкое энергопотребление. Кроме того, ARM микроконтроллеры активно применя ются в средствах связи, портативных и встраиваемых устройствах, где требу ется высокая производительность. Особенностью архитектурыARM яв ляется вычислительное ядро процес сора, не оснащённое какими либо до ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2013 полнительными элементами. Каждый разработчик процессоров должен са мостоятельно дооснастить это ядро не обходимыми блоками под свои кон кретные задачи. Такой подход хорошо себя зарекомендовал для крупных про изводителей микросхем, хотя изна чально был ориентирован на класси ческие процессорные решения. Процессоры ARM уже прошли не сколько этапов развития и хорошо известны семействами ARM7, ARM9, ARM11 и Cortex. Последнее делится на подсемейства классических процессо ров Cortex A, процессоров для систем реального времени Cortex R и микро процессорные ядра Cortex M. Именно ядра Cortex M стали осно вой для разработки большого класса 32 разрядных МК. От других вари антов архитектурыCortex они отлича ются, прежде всего, использовани ем 16 разрядного набора инструкций Thumb 2. Этот набор совмещал в себе производительность и компактность «классических» инструкций ARM и Thumb и разрабатывался специально для работы с языками С и С++, что су щественно повышает качество кода. Большим достоинством МК, постро енных на ядре Cortex M, является их программная совместимость, что тео ретическипозволяетиспользоватьпро граммный код на языке высокого уров ня в моделях разных производителей. Кроме обозначения области приме нения ядра, разработчики МК указыва ют производительность ядра Cortex M подесятибалльнойшкале. На сегодняш ний день самыми популярными вари антамиявляютсяCortex M3иCortex M4. МК с архитектурой ARM производят такие компании, как Analog Devices, At mel, Xilinx, Altera, Cirrus Logic, Intel, Mar vell, NXP, STMicroelectronics, Samsung, LG, MediaTek, MStar, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, nVidia, Free scale, Миландр, HiSilicon и другие. Благодаря оптимизированной архи тектуре стоимость МК на основе ядра Cortex Mв некоторых случаях даже ни же, чем у многих 8 разрядных прибо ров. «Младшие» модели в настоящее время можно приобрести по 30 руб. за корпус, что создаёт конкуренциюпре дыдущим поколениям МК. М ИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ STM32 Рассмотрим наиболее доступный и широкораспространённыйМКсемейст ва STM32F100 от компании STMicroelec tronics [1], которая является однимиз ве дущих мировых производителей МК. Недавно компания объявила о начале производства 32 битного МК, использу ющего преимущества индустриального ядра STM32 в недорогих приложениях. МКсемействаSTM32F100Value lineпред назначены для устройств, где не хватает производительности16 разрядныхМК,а богатыйфункционал «обычных»32 раз рядныхприборовявляетсяизбыточным. Линейка МК STM32F100 базируется на современномядреARMCortex M3спери ферией, оптимизированной для приме нения в типичныхприложениях, гдеис пользовались 16 разрядныеМК. Производительность МК STM32F100 на тактовой частоте 24 МГц превосхо дит большинство 16 разрядных МК. Данная линейка включает приборы с различными параметрами: ● от 16 до 128 кбайт флэш памяти программ; ● от 4 до 8 кбайт оперативной памяти; ● до 80 портов ввода вывода GPIO; ● до девяти 16 разрядных таймеров с расширенными функциями; ● два сторожевых таймера; ● 16 канальный высокоскоростной 12 разрядный АЦП; ● два 12 разрядных ЦАП со встроен ными генераторами сигналов; ● до трёхинтерфейсовUART споддерж кой режимов IrDA, LIN и ISO7816; ● до двух интерфейсов SPI; ● до двух интерфейсов I 2 С с поддерж кой режимов SMBus и PMBus; ● 7 канальный блок прямого доступа к памяти (DMA); ● интерфейс CEC (Consumer Electro nics Control), включённый в стандарт HDMI; ● часы реального времени (RTC); ● контроллер вложенных прерываний NVIC. Функциональная схема STM32F100 представлена на рисунке 1. Дополни Быстрое освоение микроконтроллеров STM32 Олег Вальпа (г. Миасс, Челябинская обл.) Приведено описание архитектуры и функциональных блоков недорогого 32 разрядного ARM микроконтроллера, а также методика его быстрого освоения на основе практических примеров.