Digital Power Neue STM32-Mikrocontroller für digitale Regler

Neuen Mikrocontroller für Digital Power: STM32G4-Familie
Neuen Mikrocontroller für Digital Power: STM32G4-Familie

Zwei neue Mathematik-Hardwarebeschleuniger spendiert STMicroelectronics seinen neuen Mikrocontrollern der STM32G4-Familie. Sie können trigonometrische Funktionen, Filterfunktionen und digitale Leistungsregelungen schneller berechnen.

Die neuen Beschleuniger in der STM32G4-Mikrocontrollerfamilie von STMicroelectronics sind eigens dafür konzipiert, beispielsweise trigonometrische Berechnungen für Motorsteuerungen, Filterfunktionen für die Signalaufbereitung oder die digitale Leistungsregelung schneller zu machen. Sie errechnen Ergebnisse schneller und effizienter als der eher universell ausgerichtete Hauptprozessor, der dank dieser Entlastung mehr Sensordaten entgegennehmen und zusätzliche Anwender-Funktionen steuern kann.

Zu den weiteren neuen Eigenschaften der STM32G4 gehören höher auflösende Timer für die Leistungsregelung mit verschiedenen eingebauten Funktionen, die ebenfalls die CPU entlasten und den Entwicklern die Arbeit erleichtern. Geboten werden überdies leistungsfähigere analoge Peripheriefunktionen und Umsetzer, leistungsfähige Schnittstellen für schnelle Reaktionen auf externe Ereignisse sowie Unterstützung für das neue USB-C-Interface.

Hinzu kommen ein skalierbarer, abgesicherter Speicherbereich für die geheime Speicherung und für gesicherte Live-Firmwareupgrades, die Unterbindung des Debug-Zugriffs nach erfolgter Programmierung, um die Angriffsoberflächen zu verkleinern, eine AES-256-Verschlüsselung nach dem neuesten Stand der Technik, eine eindeutige Device-ID sowie ein echter Zufallszahlen-Generator (TRNG), sodass Entwickler den neuesten Herausforderungen in Sachen Cybersecurity begegnen können.

Mikrocontroller auf der Basis des Cortex M4 von ARM

Die STM32G4-Serie baut auf bestehenden Innovationen auf, die von ST geschaffen wurden, um die Leistungsfähigkeit und Effizienz zu verbessern. Beispiele sind der ART Accelerator und der CCM-SRAM Routine Booster. Diese steigern die dynamische bzw. die statische Cache-Leistung unter Einhaltung eines vorgegebenen Energiebudgets.

Die neuen Mathematik-Hardwarebeschleuniger von ST warten zusätzlich mit einem Filter-Math Accelerator (FMAC) sowie einer speziellen CORDIC-Engine auf. Bei CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) handelt es sich um einen durch hohe Recheneffizienz gekennzeichneten Algorithmus zur genauen Verarbeitung elementarer mathematischer Funktionen. Die neuen Peripheriefunktionen liefern schnellere Ergebnisse für Rotations- und Vektor-Trigonometrie zum Einsatz in Motorsteuerungen, ergänzt durch allgemeine Logarithmus-, Hyperbel- und Exponentialfunktionen, IIR/FIR-Filter für die Signalaufbereitung oder den 3p/3z-Controller für digitale Stromversorgungen sowie Vektorfunktionen wie zum Beispiel Konvolution und Korrelation.

Die STM32G4-Serie basiert auf einer mit 170 MHz getakteten Implementierung des Cortex-M4-Prozessorkerns von ARM mit Gleitkomma-Einheit und DSP-Erweiterungen, der in Benchmark-Tests 213 DMIPS und 55 CoreMark erreicht.

Hinzu kommen weitere Funktionsblöcke:

  • Hochauflösender Timer mit zwölf unabhängigen Kanälen mit einer Auflösung von jeweils 184 ps, selbstkompensiert gegen Temperatur- und Spannungsdrift.
  • Bis zu 25 fortschrittliche analoge Peripheriefunktionen:
    • Bis zu fünf 12-bit-AD-Umsetzer mit 4 MHz Abtastrate und Hardware-Überabtastung zum Erzielen einer Auflösung von 16 bit.
    • Bis zu sechs schnelle Operationsverstärker mit hohem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt.
    • Bis zu sieben 12-bit-DA-Umsetzer mit 15 MHz Abtastrate.
    • Bis zu sieben Komparatoren mit einer Signallaufzeit von 16,7 ns.
  • Industrietaugliche CAN-FD-Schnittstelle – mit einer gegenüber Standard-CAN um bis das Achtfache erhöhter Nutzdatenrate.
  • Stromaufnahme unter 165 µA/MHz im Betrieb.
  • Größeres On-Chip-RAM (bis zu 128 KB mit Paritäts-Bit)
  • Bis zu 512 KB Flash-Speicher mit ECC (Error Code Correction)
  • Erweiterte DMA-Funktion
  • Digital- oder Analog-Optimierung durch Mikrocontroller-Varianten: Access Line, Performance Line und High-Resolution Line.

Die neue Serie STM32G4 ergänzt damit die existierende STM32F3-Serie von STMicroelectronics und bietet eine dreimal höhere Leistungsfähigkeit, neue Bausteine für Umgebungstemperaturen bis +125 °C, Dual-Bank-Speicher für Live-Firmwareupgrades sowie neue Gehäuseoptionen wie etwa LQFP80 und LQFP128. Der hochgradig störungsbeständige STM32G4 ist besonders immun gegen FTBs (Fast Transient Bursts) und erreicht hier den höchsten Level 5, was in der Praxis mehr als 4 kV am Equipment entspricht (IEC 61000-4-4).

Mehr als 100 der insgesamt 152 Bauelemente, die ST im Rahmen dieser STM32G4-Serie einführen will, sind bereits verfügbar – von der Access Line mit 32-Pin-Gehäusen über die Performance Line bis zu den MCUs der High-Resolution Line mit bis zu 107 schnellen E/A-Leitungen.

Erweitertes Entwicklungssystem für STM32G4

Um Hilfestellung bei der Entwicklung mit dem STM32G4 zu bieten, hat STMicroelectronics das STM32-Entwicklungssystem bereits durch bezahlbare Nucleo-Boards (NUCLEO-G474RE und NUCLEO-G431RB) und komplett ausgestattete Evaluation Boards (STM32G474E-EVAL und STM32G484E-EVAL mit Krypto-Funktion) sowie das STM32CubeG4 Software Pack erweitert.

 

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Entwicklungssysteme für STM32G4

Entwicklungssysteme für die neuen Mikrocontroller-Familie STM32G4 von STMicroelectronics

 

Hinzu kommen ein Motor Control Nucleo Pack (P-NUCLEO-IHM03) und Software Development Kits (X-CUBE-MCSDK v5.4) sowie das Online Motor-Control Tool ST-MC-SUITE. Letzteres hilft den Entwicklern beim Durchsuchen des Entwicklungssystems zur Organisation der für das jeweils anstehende Projekt benötigten Ressourcen.

Spezielle Discovery Kits, die sich die Digital-Power- und Motorsteuerungs-Fähigkeiten der STM32G4-Serie zunutze machen, will STMicroelectronics im dritten Quartal 2019 auf den Markt bringen.