ST Microelectronis Neue STM32-Mikrocontroller erstmals mit ARM Cortex-M4

STMicroelectronics führt eine neue Mikrocontroller-Serie mit der Bezeichnung STM32 F4 ein. Diese basiert erstmals bei ST auf ARMs Cortex-M4.

Im Gegensatz zu dem bislang bei ST eingesetzten Cortex-M3 beinhaltet der M4 diverse Single-Cycle-DSP-Instruktionen, die für Anwendungen wie zum Beispiel High-End-Motorregler, Medizintechnik und Sicherheits-Equipment relevant sind. Die F4-Serie sind zur STM32-F2-Serie pin‑ und software-abwärtskompatibel. Kunden, die derzeit noch auf eine 2-Chip-Lösung aus Mikrocontroller und DSP setzen, haben außerdem Gelegenheit, beide Chips in einem leistungsfähigen Digital-Signal-Controller zu konsolidieren.

Im Gegensatz zu ST’s bisheriger High-End-Familie F2 arbeitet die F4-Serie mit höherer Taktfrequenz (168 MHz anstatt 120 MHz), bietet neben den Instruktionen auch eine FPU, stockt die SRAM-Kapazität von 128 Kbyte auf 192 Kbyte auf, bringt mehr Flash-Speicher-Kapazität mit (1 Mbyte anstatt 512 Kbyte) und verfügt über Peripheriefunktionen für Imaging, Konnektivität und Verschlüsselung. Der schon aus dem F2 bekannte ART (Adaptive-Real-Time) führt dazu, dass der F4 bis zur maximalen Taktfrequenz von 168 MHz ohne Wait-States bei Code-Verarbeitung aus dem Flash-Speicher arbeiten kann.

Schnelle Datentransfers sind möglich dank einer siebenlagigen Multi-AHB Busmatrix and Multi-DMA-Controllern, die gleichzeitige Verarbeitungsoperationen und Datentransfers erlauben. Die integrierte FPU mit einfacher Genauigkeit kommt der Verarbeitung von Regelungsalgorithmen zugute, eliminiert Skalierungs- und Sättigungseffekte und gestattet die Verwendung von Metasprachen-Tools.

Desweiteren ist ein 4 Kbyte großer Backup-SRAM-Bereich vorhanden, in den im Standby‑ oder Stützbatterie-Modus Daten geladen werden können. Hinzu kommen die Stromaufnahme der Echtzeituhr von unter 1 µA und ein integrierter Spannungsregler mit Power-Scaling-Fähigkeit.

An Peripheriefunktionen bringt die F4-Familie mit: Kamera-Schnittstelle, Crypto/Hash-Prozessor (dieser dient der Hardwarebeschleunigung für AES 128, 192, 256, Triple DES und HASH (MD5, SHA-1), bei AES-256-Verschlüsselung wird ein Durchsatz von bis zu 149,33 Mbyte/s erreicht), Ethernet MAC10/100 mit Unterstützung für IEEE 1588 v2, zwei USB-OTG -Ports (davon einer mit HS-Support), eigene Audio-PLL und zwei vollduplexfähige I2S-Schnittstellen, bis zu 15 Kommunikations-Schnittstellen (darunter sechs USARTs mit bis zu 10,5 Mbit/s, drei SPI-Schnittstellen mit bis zu 42 Mbit/s sowie drei I2C‑,  zwei CAN‑ und eine SDIO-Schnittstelle), zwei 12-bit-D/A-Wandler, drei 12-bit-A/D-Wandler mit einer Abtastrate von 2,4 MSPS (bzw. 7,2 MSPS im Interleaved-Mode) sowie bis zu 17 Timer (16-bit und 32-bit mit bis 168 MHz).

Beim CoreMark-Benchmark erzielt der F4 bei Nutzung des Keil-Compilers 2,16 CoreMark/MHz (363 bei 168 MHz), was nur unwesentlich über den 2,12 CoreMark/MHz des F2 liegt. Dies ist aber auch wenig verwunderlich, da dieser Benchmark die DSP-Funktionen des Cortex-M4 nicht prüft und der M4 ja von seiner Integer-Architektur quasi dem Cortex-M3 entspricht. Im Absolutwert liegt der F4 freilich dank seiner um 48 MHz höheren Maximaltaktfrequenz deutlich über dem F2 (253,99 bei 120 MHz).

Insgesamt wird es vier Varianten der F4-Familie geben, die sich in der jeweiligen Hardwareausstattung unterschieden.