СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 Быстрый старт с микроконтроллерами STM32 В статье представлен обзор линейки 32-разрядных микроконтроллеров STM32, отладочных плат на основе этих микроконтроллеров и бесплатного ПО, позволяющих начать разработку уже сегодня с наименьшим «входным порогом». Освещены преимущества использования микроконтроллеров серии STM32L, имеющих сверхнизкое энергопотребление, в медицинских приборах. Андрей Антонов (г. Волгоград) Тесты производительности процессоров Dhrystone – синтетический тест производительности компьютеров, разработанный в 1984 г. Рейнольдом Викером. Представляет собой простые программы, выдерживающие определённые соотношения между различными видами инструкций. Нацелен на тестирование системной (целочисленной) производительности процессоров общего назначения. Тест не содержит операций над числами с плавающей точкой. Итогом теста является Dhrystones per Second (количество итераций основного цикла в секунду). Часто этот результат приводят к DMIPS (от Dhrystone MIPS) путём деления на 1757 (результат Dhrystone/s для компьютера VAX 11/780, то есть номинальной машине с 1 DMIPS). DMIPS можно делить на частоту процессора, чтобы получить DMIPS/МГц. Такие единицы позволяют сравнивать процессоры с разной тактовой частотой [1]. CoreMark – тест используется для измерения производительности процессоров во встраиваемых системах. Может запускаться на большом количестве процессорных ядер. Тест был разработан в 2009 г. Шеем Гал-Он из некоммерческой организации EEMBC (Embedded Microprocessor Benchmark Consortium) и призван стать отраслевым стандартом, заменив устаревший тест Dhrystone. Код, реализующий тест, написан на языке C и реализует следующие алгоритмы: обработка списка (тест и сортировка), общие операции с матрицами, конечный автомат и проверку контрольных сумм (CRC) [2]. Результаты тестов для различных процессоров можно посмотреть на сайте EEMBC [3]. О БЗОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ STM32 32-разрядные микроконтроллеры выпускаются многими производителя- ми, но наиболее широкое распростра- нение получил продукт совместной франко-итальяно-японской фирмы STMicroelectronics (STM). Его продви- жению способствовали невысокая сто- имость, удобство программирования и наличие бесплатного ПО. В основе семейства 32-разрядных микроконтроллеров лежит процес- сор c архитектурой ARM Cortex-M. Эти процессоры сочетают высокую произ- водительность, способность обрабаты- вать данные в режиме реального време- ни, возможности цифровой обработки сигнала и низкое энергопотребление, сохраняя при этом высокую степень интеграции и простоту разработки. Широкий модельный ряд STM32, основанный на ядре, являющемся фактическим стандартом в отрасли, в сопровождении огромного выбора средств разработчика и программно- го обеспечения делает это семейство подходящим как для небольших проек- тов, так и для платформенных решений. Как видно из рисунка 1, в линей- ке STM32 присутствуют модели, пред- назначенные для решения общих задач (индексы F0, F1, F3), варианты устройств с батарейным питанием (индекс L), модификации, имеющие высокую производительность (F2, F4 и F7), а также контроллеры для исполь- зования в приложениях с сенсорным экраном или устройствах, предпо- лагающих приём и передачу данных в радиочастотном диапазоне. В качестве примера рассмотрим использование микроконтроллеров STM32L с низким энергопотреблени- ем в медицинских приборах [4]. И СПОЛЬЗОВАНИЕ STM32L В МЕДИЦИНСКИХ ПРИБОРАХ Различные приборы для наблюдения за состоянием организма человека име- ют специфические требования к энер- гопотреблению, аналого-цифровому и цифроаналоговому преобразовате- лям (АЦП и ЦАП) и встроенным ком- муникационным интерфейсам, таким как USB. Кроме того, многие устрой- ства используют батарейное питание, и даже те, что работают от сети, зача- стую оснащаются резервным автоном- ным источником питания. Семейство STM32L со сверхнизким потреблением является представи- телем линейки микроконтроллеров STM32 с ядром Cortex-M3, содержа- щим различные периферийные моду- ли. Это позволяет достичь высокого уровня интеграции, что, в конечном итоге, позволяет снизить стоимость системы. Сочетание высокой произ- водительности и низкого энергопо- требления хорошо отвечает требова- ниям, предъявляемым к медицинско- му оборудованию. В состав типичного портативно- го медицинского прибора входят, по крайней мере, две подсистемы: ● аналоговая часть, используемая для управления и проведения измерений при помощи датчиков; ● цифровая часть, реализующая алго- ритмы анализа и выполняющая основные функции, а также кали- бровку и сохранение результатов, обмен данными и другие функции, например, управление питанием. На рисунке 2 представлена струк- турная схема возможной реализации портативного глюкометра на основе микроконтроллера из линейки STM32L. Структура STM32L позволяет реали- зовать большинство функций прибо- ра на одном кристалле, что уменьша- ет материалоёмкость, снижает энерго- потребление и упрощает управление питанием. STM32L имеет 24-канальный 12-раз- рядный АЦП и два 12-разрядных ЦАП. Использование внешнего источни- ка опорного напряжения позволяет очень хорошо изолировать аналого- вые модули от «шумящей» цифровой части. Быстродействующий АЦП может обрабатывать все измерения с элек- тромеханического или оптического