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實時、效能、功耗，MCU＋AP＂異構計算＂搶手

本文作者：任苙萍點擊： 2019-11-18 15:08

前言：

當微控制器 (MCU) 功能越來越強大，與微處理器 (MPU) 的界限為何？日前剛發(fā)表首款通用型 MPU 產(chǎn)品——STM32MP1 的意法半導體 (ST)，自有一套看法：處理性能和資源要求更高、且需要大型開源軟件應用領域的，就交給 MPU。MCU 部門 STM32 MPU 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Sylvain RAYNAUD 在媒體團訪所秀出的第一張簡報畫面即是：當 STM32 遇上 Linux，會擦出什么火花？引言 STM32MP1 與應用端連結(jié)的獨特。奠基于主流開源 Linux 發(fā)行版——OpenSTLinux Distribution，意在將 STM32 系列從實時任務和功耗限制為主的應用，擴大至更廣泛的市場。

照片人物：ST MCU 部門 STM32 MPU 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Sylvain RAYNAUD

承襲 MCU 榮光，STM32 再添 MPU新成員
熟悉 MCU 開發(fā)者，對 STM32 想必不陌生；自從 2007 年推出全球第一款 Arm Cortex-M MCU——STM32F1 迄今，ST 已稱霸 32 位通用 MCU 市場，并堅守十年長期供貨、保證每年更新的承諾；當然，最新隆重登場的 STM32MP1 也不例外，這對工業(yè)、醫(yī)療或相對高端的消費類設計至關重要。RAYNAUD 介紹 STM32MP1 的特點如下：內(nèi)嵌 3D 圖形處理器 (GPU) 以支持人機接口 (HMI) 顯示器，有助于提升工業(yè)控制面板等設備的使用者體驗；同時擁有計算和圖形處理能力、兼具高效實時控制和高功能整合度。

圖1：STM32 曾創(chuàng)下業(yè)界多項輝煌記錄
資料來源：ST 提供

如前文所述，器件間的連接接口亦會影響嵌入式計算效能。STM32MP1 提供搭載 OpenGL ES2.0 接口的高端 HMI 開發(fā)，并支持 Linux 和包括 Android Qt 在內(nèi)的各種應用程序架構及 MIPI DSI 端口。RAYNAUD 宣示，32MP1 乃面向三大目標族群而來：1.原本慣用 MCU、新近接觸 MPU 者；2.有混合使用 MCU 與 MPU 的需求者；3.單純想尋找靈活 MPU 的開發(fā)者。若欲使用開源軟件開發(fā)＂實時且有功耗限制＂的系統(tǒng)，32MP1 優(yōu)勢尤其明顯。例如，全天候監(jiān)控＋間歇性分析處理，由 MCU 負責前端實時監(jiān)控，后在特定時間點啟動應用處理器 (AP)。

32MP1 整合兩顆主頻 650MHz 的 Arm Cortex-A7 AP 和一顆 209MHz Arm Cortex-M4 MCU，可讓用戶便于進行 STM32 異構計算開發(fā)，確保在單一芯片上執(zhí)行快速數(shù)據(jù)處理和實時任務，無時無刻皆可發(fā)揮最高效能。STM32MP1 還嵌入大量外部周邊，可無縫配置資源給 Cortex-A／Linux 或 Cortex-M實時操作；另為防止 MPU 系統(tǒng)出現(xiàn)性能瓶頸和帶寬問題，它支持 DDR3、DDR3L、LPDDR2、533MHz 的 32／16 位 LPDDR3 等多種 DDR SDRAM 內(nèi)存，以及 eMMC、SD卡、SLC NAND、SPI NAND 和 Quad-SPI NOR 等閃存 (Flash)。

圖2：STM32MP1 彈性架構有利于能源效率
資料來源：ST 提供

STM32MP1：軟、硬件一次到位，固件是勝出關鍵
實測顯示，暫停 Cortex-A7 執(zhí)行指令、只讓 Cortex-M4 運作，功耗可降低至 25%，由此進入待機狀態(tài)功耗可再降至 1/2500 (取決于實際應用)。更驚艷的是，可在 1～3 秒恢復執(zhí)行 Linux；搭配 ST 專程開發(fā)的 STPMIC1 能源管理配套芯片可進一步簡化設計、減少物料清單 (BOM) 成本并優(yōu)化功耗——集成 DC / DC 和低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 的 STPMIC1，亦可單獨供內(nèi)存和設備使用。承襲 STM32 生態(tài)系統(tǒng)是另一項傲人資產(chǎn)，包括：STM32CubeMX＋STM32CubeProgrammer 軟件開發(fā)工具包 (SDK) 和評估板／探索板／電路板與模塊系統(tǒng) (SoM) 等硬件。

RAYNAUD 透露，STM32CubeMX 固件是 STM32MP1 從競品脫穎而出的關鍵。它可簡化 Cortex-A7 和 Cortex-M4 內(nèi)核的軟、硬件配置，產(chǎn)生 M4 處理器 C 語言程序代碼、DDR SDRAM接口配置、除錯工具以及 Linux Device Tree 樹狀設備檔。加強型 STM32Cube 工具是 Cortex-M MCU STM32Cube 特別升級版，具有加速 Arm Cortex-A AP 所需的全部功能并可供 Cortex-M MCU完全重復使用，只要一次性投資就可繁衍迭代產(chǎn)品。不僅有多個應用程序編程接口 (API) 可存取周邊、且集合多種中間件供 Cortex-M 使用，迄今已有數(shù)百個實例，直接投產(chǎn)質(zhì)量無虞。

圖3：STM32MP1 軟件工具
資料來源：ST 提供

如此，將有利于企業(yè)授權。為優(yōu)化項目的階段性任務，ST 備有三種 SDK 供用戶選擇：1.Starter Package (STM32MP1Starter)，入門體驗 STM32MP1 的硬件流暢；2.Developer Package (STM32MP1Dev)，可在 STM32MP1 嵌入式軟件發(fā)行版進行開發(fā)；3.Distribution Package (STM32MP1Distrib)，創(chuàng)建自己特有的 Linux 發(fā)行版、Starter 和 Developer 軟件包。ST 亦為用戶提供一系列社群板和第三方模塊系統(tǒng)板，以第三方電路板制作原型并生產(chǎn) Linaro 電路板規(guī)格 (96boards.org) 或各種不同形式的商用模塊系統(tǒng)。

＂開源、云臺、社群＂成最強后盾
ST 還與系統(tǒng)整合商 Witekio 共同將 Android 移植到 STM32MP1，提供從 Linux 或 Android 系統(tǒng)客制化到 Qt HMI 的開發(fā)和云臺連接，協(xié)助用戶創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng) (IoT)。外加線上開發(fā)社群 (https://community.st.com ；https://wiki.st.com/stm32mpu) 等顧客支援及 Linux 開源相助，可縮短研發(fā)周期；ST 還與開源軟件供貨商 Timesys 合作補強安全 Yocto BSP 板級支持包維護并投注心力在 meta-timeys 整合上，冀讓用戶減少管理漏洞的時間。OpenSTLinux 現(xiàn)已通過 Linux Foundation、Yoctoproject、Linaro 等 Linux 社群審核。

發(fā)行版涵蓋 AP 運作軟件所需的所有基本組件，包含：Linux BSP 板級支持包、Linux 核心、驅(qū)動程序、開機程序和安全操作系統(tǒng) (OP-TEE，可信賴執(zhí)行環(huán)境) 等。STM32MP1 系列本身亦嵌入 TrustZone、加密算法、哈希計算、安全啟動、防篡改腳位和實時時鐘等多項硬件安全加密功能，確保程序代碼的真實性。攜手云臺服務供貨商 (CSP) 則是另一個布局重點，早在 2017 年，ST 便已與亞馬遜 AWS 宣布將 Amazon FreeRTOS 開源操作系統(tǒng)和相關軟件庫搭載在超低功耗 STM32L4 MCU，且使 B-L475E-IOT01A IoT 節(jié)點探索工具成為 FreeRTOS 入門套件。

圖4：STM32MP1 針對多種應用量身訂制，現(xiàn)有 24 種型號進入量產(chǎn)
資料來源：ST 提供

上述新型開發(fā)板提供通信連接、多路傳感器和控制功能，支持 Arduino Uno V3 和 PMOD 接口，可插接各種專用子板，無限擴大系統(tǒng)功能。新款 MPU 家族是否能如期比照辦理并延伸至其他云臺？值得期待。此外，＂產(chǎn)品線廣、配置選項多＂是 ST 產(chǎn)品備受贊譽的主因之一，STM32MP1 采用多種球柵數(shù)組 (BGA) 封裝，密度、導熱性及電性傳導較佳，支持成本最低的電路板結(jié)構且極小化板空間。特別一提的是，STM32MP1 內(nèi)建多個經(jīng)過事先優(yōu)化的內(nèi)存配置選項，系統(tǒng)會聰明且有效運用系統(tǒng)資源，既可省去人工調(diào)試麻煩、又能避免資源不足或浪費。

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