為下一代低功耗應用做好準備——ST新款STM32L4微控制器突破超低功耗應用的性能極限

        本文作者:徐俊毅       點擊: 2015-06-09 11:08
        前言:
         
         

         
        物聯網(IoT)以及可穿戴式設備市場的發展,對MCU的功耗和性能要求日益苛刻。越來越多的MCU芯片供應商引入了ARM Cortex M4內核,來彌補超低功耗MCU產品性能的短版。
         
        2015年5月意法半導體(STMicroelectronics,簡稱ST)整合其超低功耗微控制器技術與在ARM® Cortex®-M4內核領域積累的多年豐富經驗,成功創造出適用于下一代節能型消費電子產品、工業、醫學和計量產品的STM32L4系列微控制器。
         
        兩款新系列產品STM32L476和STM32L486基于運算頻率80MHz的ARM Cortex-M4處理器內核,內置浮點運算單元(FPU, floating-point unit)可支持DSP指令。意法半導體的自適應實時加速器(ART Accelerator™, Adaptive Real-Time Accelerator)是新系列微控制器的另一個附加優勢,使微控制器能夠在無等待狀態下執行閃存內的代碼,處理性能高達100 DMIPS,而功耗僅為100µA/MHz。高達1MB的雙區(dual-bank)閃存可支持復雜應用和讀寫同步功能,并提供一個128KB的靜態隨機存取存儲器(SRAM, Static Random-Access Memory)。
         

        STM32L4 CoreMark測試得到273分
         
        STM32L4微控制器充分利用意法半導體豐富的低功耗技術,包括根據不同處理需求調整功耗的動態電壓調整、內置FlexPowerControl的智能架構和有7個子模式選項的電源管理模式,其中包括停機、待機和最低功耗30nA的關機模式。意法半導體的批量采集模式(BAM, Batch Acquisition Mode)能使處理器在低功耗模式下仍可與通信外設高效交換數據。
         

        STM32L4全面細致的低功耗管理體系
         
        在嵌入式微處理器基準評測協會(EEMBC, Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)發布的標準化ULPBench®超低功耗微控制器能效對比評測中,STM32L4系列微控制器獲得123分的業內最高成績。這說明在STM32L4的幫助下,設計人員無需以犧牲功耗為代價,便可以得到更高的性能和更大的存儲容量。”意法半導體產品線營銷經理Jean-Julien Pegoud表示。
         
        低總體功耗,Cortex-M4的高性能表現和DSP功能,智能模擬功能,以及豐富的數字接口功能,這些特性使STM32L4系列非常適用于智能聯網(smart connected)和物聯網(IoT)產品應用,以及各種工業、醫療和消費性電子產品。
         

        STM32L4 智能手環架構示意
         
        2007年至2015的八年期間,ST以每年有1—3個產品系列的速度,先后有低功耗、主流產品線到高性能產品線等八大產品線誕生,形成了從低功耗到低成本,到高性能到更高性能整體的覆蓋。這些產品涵蓋了以ARM Cortex M0、M0+、M3、M4、M7所有核心。除了在產品不斷推陳出新之外,ST的業務模式也在不斷適應新的變化
         

        STM32豐富的產品線
         
        “我們注意到,近兩年,傳統的產業鏈協作模式已經不足以滿足客戶的需求,更多的需求是在IoT(物聯網)等更快速發展的行業,行業轉換當中需要更多的系統和軟件支持,單獨靠ST和代理商已經遠遠不能滿足市場的需求。因此,ST更多地聯合合作伙伴,搭建生態系統,包括軟件、硬件、IP,這其中甚至包裹過去的競爭對手。所有參與者在這個生態系統里都會找到自己的利益的切入點,通過大家的黏合,把自己的部分變成快速有效的整理方案,提供用戶快速使用。每個行業、每個節點,每個生態系統部分,ST和合作伙伴分享利潤,整體形成一個更大的生態系統。”  大中華與南亞區微控制器營銷和應用總監James Wiart表示。
         
        附錄:技術細節
        為實現能效和性能最大化,并同時確保低功耗,除整合低功耗的制造技術外,STM32L4還受益于智能架構與通信外設。數字外設包括一個帶有專用電源的USB全速(OTG, On-The-Go)控制器,即使系統電源只有1.8V,客戶仍可通過USB保持通信。另一個數字外設是Sigma-Delta調制器數字濾波器(DFSDM, Digital Filter for Sigma-Delta Modulator),可用于連接外部Sigma-Delta調制器或脈寬密度調制(PDM, Pulse Density Modulation)麥克風。
         
        模擬外設包括三個12位/5MSps的模數轉換器,內部智能操作功能可支持兩種不同的采樣速率:低速采樣功耗僅為數十微安(μA),能夠限制最大電流;高速采樣可使處理器快速返回超低功耗模式。這些模數轉換器提供最高16位的分辨率和硬件過采樣功能。參考電壓緩沖器通過VREF+引腳為模數轉換器、數模轉換器或外部元器件提供基準電壓信號。此外,當微控制器進入深度睡眠的節能模式,總體電流降至數百個微安時,兩個具有采樣和保持功能的12位數模轉換器仍會照常工作。其它模擬外設包括兩個功耗僅為300nA的超低功耗電壓比較器以及兩個運算放大器,運算放大器具有內外部反饋路由(feedback routing)和可編程增益放大器(PGA, Programmable-Gain Amplifier)功能。
         
        STM32L4智能架構使微控制器能夠在內核、DMA控制器、存儲器和外設之間并行傳送數據和指令,進一步提升性能和能效。FlexPowerControl是智能架構的另一個優勢,有助于實現節能省電設計,當微控制器處于低功耗模式時只保留I/O電平,使SRAM保持待機狀態,管理特定外設與I/O端口的獨立電源。
         
        STM32L486集成了一個符合高級數據加密標準(AES, Advanced Encryption Standard)的256位硬件加密協處理器,結合STM32L4的其它功能,例如獨立電池備用域及防篡改輸入功能,該加密處理器為智能電表等安全型應用提供一個強大的產品平臺。
         
        為解決散熱性能對某些應用的挑戰(例如在封閉或高溫環境中使用微控制器),意法半導體還推出了工作溫度高達125°C的微控制器產品。
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