MCU-Serie verfügt über hohe On-Chip-Speicherdichte

21st November 2016
Posted By : Barney Scott
MCU-Serie verfügt über hohe On-Chip-Speicherdichte

STMicroelectronics ebnet mit seiner rekordbrechenden Mikrocontroller-Serie STM32H7 den Weg zu noch intelligenteren Smart Devices. Die Serie enthält den größten Umfang an SRAM-Speicher (1MB), bis zu 2 MB Flash-Speicher und die reichhaltigste Ausstattung an Konnektivitäts-Peripherie, die je von der STM32-Plattform geboten wurde.

Zentrale Bedeutung für diesen Sprung nach vorn hat der ST-eigene, hochentwickelte 40-nm-Fertigungsprozess, der – kombiniert mit Innovationen in der Produktarchitektur – die Performance des Cores voll zur Geltung bringt und extrem schnelle Datentransfers durch das System ermöglicht, während sich die Stromaufnahme auf weniger als 280 µA/MHz im Run-Modus und unter 7 µA im Standby-Status beschränkt. Als erster Baustein der neuen Serie kommt der STM32H743mit einem ARM Cortex-M7 Core mit 400 MHz Taktfrequenz. Dieser Mikrocontroller stellt die leistungsfähigste Implementierung des leistungsstärksten Cortex-M-Cores von ARM dar, die es derzeit auf dem Markt gibt. Die STM32H7-Mikrocontroller eignen sich ideal für industrielle Gateways, Home-Automation-Anwendungen, Telekommunikations-Equipment und intelligente Consumer-Produkte, aber auch für leistungsfähige Motorsteuerungen, Hausgeräte und Kleingeräte mit aufwändigen Benutzeroberflächen. Integrierte Security-Features nach dem neuesten Stand der Technik, darunter Kryptografie-Beschleuniger und Vorkehrungen für die sichere Speicherung von Chiffrierschlüsseln, verleihen vernetzten Objekten während der Produktion und im Feld hochgradigen Schutz vor Online-Bedrohungen, was perfekte Voraussetzungen für IoT-Geräte bietet.

„Die Vielfalt des IoT und der Embedded-Anwendungen verlangt nach skalierbaren MCU-Lösungen“, erklärt James McNiven, General Manager für die CPU und Media Processing Groups bei ARM. „Dank der hochkarätigen Fähigkeiten der H7-Serie werden Entwickler die Gelegenheit haben, das High-End-Segment des Embedded-Markts zu adressieren und gleichzeitig von allen Effizienz- und Benutzerfreundlichkeits-Vorteile eines ARM Cortex-M-basierten Bausteins zu nutzen. Dank der Unterstützung der ARM mbed OS-Technologie durch den Cortex-M7 profitieren die Entwickler überdies von einem unkomplizierten Zugriff auf fortschrittliche Software-Stacks, die die Entwicklung beschleunigen.“

Michel Buffa, General Manager der Microcontroller Division von STMicroelectronics, fügt hinzu: „Abgesehen von ihrer branchenführenden Verarbeitungsleistung erweitert die STM32H7-Serie auch den Umfang der chipintegrierten Ressourcen, setzt Stromverbrauchs-Senkungen um, die entscheidend für künftige Generationen von Embedded-Systemen sind, und bietet darüber hinaus erstklassigen Schutz vor Bedrohungen und Eindringversuchen. Speziell die drastisch angehobene Speicherdichte räumt traditionell bestehende Einschränkungen für Entwickler aus dem Weg und beschleunigt auf diese Weise die Markteinführung von aufregenden neuen Produkten.“

Die STM32H7-Series enthält den ARM Cortex-M7 Core, der auch das Herzstück der Serie STM32F7 bildet. Bei der neuen STM32H7-Serie handelt es sich um die branchenweit ersten Cortex-M7-Mikrocontroller, die mit dem fortschrittlichen 40-nm-Flash-Prozess hergestellt werden, sowie um die ersten mit 400 MHz getakteten Bausteine. Dank dieser Weiterentwicklungen kommt der STM32H743 auf den neuen Performance-Rekord von 856 DMIPS und ein EEMBC CoreMark-Resultat von 2.010.

Die 40-nm-Geometrie von ST ist ein entscheidender Faktor für die sprunghafte Steigerung der Speicherdichte, denn sie ermöglicht dem STM32H743 die Integration von 2 MB Dual-Bank-Flash-Speicher und eines enorm großen SRAM-Speichers von 1 MB. Hierdurch werden Entwickler von der Ressourcenverknappung befreit, die die Entwicklung anspruchsvoller Embedded-Anwendungen in der Regel verkompliziert. Dank seines einzigartigen L1-Cache und seines TCM-Speichers interagiert der STM32H743 effizient mit internem oder externem Speicher. Dieser Freiraum ebnet den Weg zu ausgefeilteren, mehr Features bietenden Applikationen, während sich gleichzeitig der Zeit- und Arbeitsaufwand reduziert, der traditionell zur Implementierung der geforderten Funktionalität mit extrem eng gesteckten Ressourcen erforderlich war. Mit der Einführung der Serie STM32H7 stellt ST außerdem eine neue Generation chipintegrierter Peripheriefunktionen für die STM32-Familie vor. Der STM32H743 als erstes Produkt der neuen Serie kann auf einen Pool aus 35 Kommunikations-Peripheriefunktionen zurückgreifen, die fortschrittliche Produkte und Standards wie zum Beispiel CAN FD, SDCARD (4.1), SDIO (4.0) und MMC (5.0) unterstützen. Geboten werden ferner 11 verbesserte Analogfunktionen wie zum Beispiel stromsparende 14-Bit-ADCs mit bis zu 2 MSPS, 12-Bit-DACs und Operationsverstärker sowie 22 Timer, zu denen ein hochauflösender, mit 400 MHz laufender Timer gehört.

Abgesehen von der drastischen Aufstockung der Performance und des Ressourcenangebots enthält die MCU-Serie STM32H7 auch die STM32 Dynamic Efficiency Energiespartechniken, die dazu beitragen, dass die neuen Bauelemente gegenüber ihren Vorgängern der Serie STM32F7 mit der Hälfte der dynamischen Leistungsaufnahme auskommen. Eine zentrale Rolle bei dieser entscheidenden Steigerung der Energieeffizienz spielt der von ST selbst entwickelte, fortschrittliche 40-nm-Chipfabrikations-Prozess, der im Verbund mit Innovationen bei den Dynamic Efficiency Technologien des Unternehmens eine präzise Optimierung des Stromverbrauchs gestattet. Zu den Optimierungen gehören das Dynamic Voltage Scaling, das die Leistungsaufnahme an die jeweiligen Performance-Anforderungen anpasst, und der Batch Acquisition Mode, der die erfassten Daten direkt in den Speicher lädt, ohne dass der Core dazu aus dem Energiesparmodus geholt werden muss. ST hat außerdem mehrere Speicherbereiche geschaffen, die das Dynamic Efficiency Energiemanagement unterstützen. Die Bereiche D1, D2 und D3 sind ausschließlich verarbeitungsintensiven Tasks und Peripheriefunktionen vorbehalten, die über eine leistungsfähige AXI-Busmatrix verbunden sind (Bereich D1), für Konnektivitäts-Tasks (Bereich D2) und für den energiesparenden Batch Acquisition Mode (Bereich D3). Jeder dieser Bereiche kann einzeln ein- oder ausgeschaltet werden, um die Energieeinsparung zu maximieren, und lässt sich durch programmierbare Ereignisse reaktivieren.

Während einerseits die verbesserten Peripheriefunktionen verfügbar gemacht werden, behält ST andererseits den bewährten Komfort der uneingeschränkten Pin-, Peripherie- und Softwarekompatibilität zwischen den Mikrocontrollern der Produktserien STM32F4 und F7 bei. Durch diese Querkompatibilität wird es erheblich einfacher, Applikationen zu skalieren und in mehreren Projekten auf vorhandenes Design-Know-how und bewährten Code zurückzugreifen.

Die Design-Hilfestellung für die Cortex-M7-Mikrocontroller von ST in Gestalt der STM32H7-Serie ist bereits weit ausgearbeitet. So wird es Evaluation Boards, Nucleo Kits und Discovery Kits für die STM32H7-Serie geben, ergänzt durch die STM32Cube Embedded Software und unterstützt durch ARM mbed OS, damit die allen Entwicklern zur Verfügung stehenden, hochentwickelten Software-Stacks genutzt werden können.

Derzeit werden sechs Gehäuse vom LQFP100 bis zum TFBGA240 bemustert. Der STM32H743VGT6 mit 1 MB Flash und 1 MB SRAM im LQPF100-Gehäuse wird zu einem vorläufigen Preis von 8,17 $ (ab 10.000 Stück) angeboten.

Der STM32H743 und weitere STM32H7-Produktlinien werden im zweiten Quartal 2017 in die Massenproduktion gehen.

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