STMicroelectronics 32-Bit-MCU auf ARM-Cortex-M3-Basis

Mit den Mikrocontrollern der STM32-Familie bietet STMicroelectronics 32-Bit-Flash-MCUs auf der Basis des Cortex-M3-Cores von ARM an. Dieser ist speziell auf Embedded-Anwendungen ausgelegt und kombiniert eine hohe Verarbeitungsleistung mit niedrigem Stromverbrauch und Kosteneffizienz.

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Als Lead-Partner war ST an der Entwicklung des Cortex-M3 mit beteiligt; die STM32-MCUs nutzen nun die Verbesserungen dieser Architektur, zu der u.a. der Thumb-2-Befehlssatz zählt, um mehr Leistungsfähigkeit bei höherer Codedichte zu verbinden. Ein integrierter „Nested Vectored Interrupt Controller“ sorgt für eine kürzere Interrupt-Reaktionszeit; der Stromverbrauch wurde im Vergleich zu ähnlichen Lösungen des Wettbewerbs weiter verringert.

Die Baureihe wird in zwei Varianten angeboten: als STM32F103 Performance Line mit 72 MHz Taktfrequenz, sowie als STM32F101 Access Line mit 36 MHz, die 16-Bit-Nutzern trotz 16-Bit-Preisniveau einen Performance-Zuwachs ermöglicht. Beide Versionen bieten zwischen 32 und 128 KByte Embedded Flash, unterscheiden sich aber hinsichtlich RAM-Kapazität und Peripherie. Bei 72 MHz Taktfrequenz nimmt der STM32 nur 36 mA Strom auf, wenn er seinen Programmcode aus dem internen Flash bezieht. Dies entspricht laut ST 0,5 mA/MHz und stellt für den 32-Bit-Markt einen sehr niedrigen Stromverbrauch dar.

Abwägung zwischen Kosten, Stromverbrauch und Performance hinfällig

Der Cortex-M3-Core wurde für Märkte entwickelt, in denen die Speicher- und die Prozessorgröße Einfluss auf den Preis eines Geräts haben und deshalb ein niedriges Kostenniveau verlangen. Zur aufgewerteten Ausstattung des Cores zählt ein Interrupt Controller mit einer auf sechs CPU-Zyklen verkürzten Latenzzeit zwischen Interrupts, die Möglichkeit zur Manipulation einzelner Bits in einer einzigen Schreiboperation, eine Branch-Speculation-Funktion, Single-Cycle-Multiplikation, ein Hardware-Dividierer und der Thumb-2-Befehlssatz.

Der STM32 eignet sich seinen Betriebsspannungsbereich von 2,0 bis 3,6 V für batteriebetriebene Applikationen und nimmt im Standby-Modus mit aktiven Reset-Schaltungen nur 2 µA auf. Als weitere Stromsparmaßnahmen kommen eine integrierte Echtzeituhr mit einem speziellen Pin für den Batteriebetrieb und eigenem 32-kHz-Oszillator sowie vier Low-Power-Betriebsarten hinzu.

Laut ST ermöglicht die 32-Bit-MCU ein Zusammenwachsen des 16- und 32-Bit-MCU-Markts, da Entwickler nicht mehr wie früher, eine Entscheidung zwischen Kosten, Stromverbrauch und Leistungsfähigkeit bzw. zwischen Industriestandard-Lösungen und proprietären Plattformen treffen müssen. Der STM32 fordere keine derartigen Kompromisse.

Höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit, geringer Stromverbrauch

Hinsichtlich der Performance bietet die Baureihe eine bis zu 30% höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit als ein vergleichbares Produkt auf ARM7TDMI-Basis. Bei gleicher Verarbeitungsleistung verbrauchen STM32-Bausteine außerdem 75% weniger Strom. Der Thumb-2-Befehlssatz ermöglicht die Reduzierung des Codeumfangs um bis zu 45%, sodass Applikationen nur noch halb so viel Speicher benötigen. Laut ST zeigen Dhrystone- und andere Benchmark-Tests, dass der STM32 mindestens die doppelte Performance der besten 16-Bit-Architekturen erreicht.

Abgesehen von traditionellen Anwendungen wie etwa Steuerungen, Hausgeräten, Überwachungs-, Feueralarm- und Heizung/Lüftung/Klima-Systemen im privaten und industriellen Bereich sowie Consumer/PC-Applikationen wie etwa Kartenlesern und Biometrie-Lösungen, eignet sich die STM32-Familie auch für portable Applikationen wie etwa Blutzucker- und Cholesterin-Überwachungsgeräte, in denen es vorrangig auf geringen Stromverbrauch ankommt.

Tool-Support für den STM32 gibt es von ST und externen Anbietern: ST bietet ein Evaluierungs-Board, ein USB Developer’s Kit und eine kostenlose Software-Bibliothek an. Starter-Kits auf der Basis erprobter Tool-Lösungen für Bausteine mit ARM-Cores gibt es in Kürze von Hitex, IAR, Keil und Raisonance. Die Toolchains von Hitex, IAR, Keil, Raisonance und Rowley unterstützen den STM32 bereits jetzt.

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