当微控制器 (MCU) 功能越来越强大，与微处理器 (MPU) 的界限为何？日前刚发表首款通用型 MPU 产品——STM32MP1 的意法半导体 (ST)，自有一套看法：处理性能和资源要求更高、且需要大型开源软件应用领域的，就交给 MPU。MCU 部门 STM32 MPU 产品营销经理 Sylvain RAYNAUD 在媒体团访所秀出的第一张简报画面即是：当 STM32 遇上 Linux，会擦出什么火花？引言 STM32MP1 与应用端连结的独特。奠基于主流开源 Linux 发行版——OpenSTLinux Distribution，意在将 STM32 系列从实时任务和功耗限制为主的应用，扩大至更广泛的市场。
照片人物：ST MCU 部门 STM32 MPU 产品营销经理 Sylvain RAYNAUD
承袭 MCU 荣光，STM32 再添 MPU新成员
熟悉 MCU 开发者，对 STM32 想必不陌生；自从 2007 年推出全球第一款 Arm Cortex-M MCU——STM32F1 迄今，ST 已称霸 32 位通用 MCU 市场，并坚守十年长期供货、保证每年更新的承诺；当然，最新隆重登场的 STM32MP1 也不例外，这对工业、医疗或相对高端的消费类设计至关重要。RAYNAUD 介绍 STM32MP1 的特点如下：内嵌 3D 图形处理器 (GPU) 以支持人机接口 (HMI) 显示器，有助于提升工业控制面板等设备的使用者体验；同时拥有计算和图形处理能力、兼具高效实时控制和高功能整合度。
熟悉 MCU 开发者，对 STM32 想必不陌生；自从 2007 年推出全球第一款 Arm Cortex-M MCU——STM32F1 迄今，ST 已称霸 32 位通用 MCU 市场，并坚守十年长期供货、保证每年更新的承诺；当然，最新隆重登场的 STM32MP1 也不例外，这对工业、医疗或相对高端的消费类设计至关重要。RAYNAUD 介绍 STM32MP1 的特点如下：内嵌 3D 图形处理器 (GPU) 以支持人机接口 (HMI) 显示器，有助于提升工业控制面板等设备的使用者体验；同时拥有计算和图形处理能力、兼具高效实时控制和高功能整合度。
图1：STM32 曾创下业界多项辉煌记录
资料来源：ST 提供
如前文所述，器件间的连接接口亦会影响嵌入式计算效能。STM32MP1 提供搭载 OpenGL ES2.0 接口的高端 HMI 开发，并支持 Linux 和包括 Android Qt 在内的各种应用程序架构及 MIPI DSI 端口。RAYNAUD 宣示，32MP1 乃面向三大目标族群而来：1.原本惯用 MCU、新近接触 MPU 者；2.有混合使用 MCU 与 MPU 的需求者；3.单纯想寻找灵活 MPU 的开发者。若欲使用开源软件开发＂实时且有功耗限制＂的系统，32MP1 优势尤其明显。例如，全天候监控＋间歇性分析处理，由 MCU 负责前端实时监控，后在特定时间点启动应用处理器 (AP)。
32MP1 整合两颗主频 650MHz 的 Arm Cortex-A7 AP 和一颗 209MHz Arm Cortex-M4 MCU，可让用户便于进行 STM32 异构计算开发，确保在单一芯片上执行快速数据处理和实时任务，无时无刻皆可发挥最高效能。STM32MP1 还嵌入大量外部周边，可无缝配置资源给 Cortex-A／Linux 或 Cortex-M实时操作；另为防止 MPU 系统出现性能瓶颈和带宽问题，它支持 DDR3、DDR3L、LPDDR2、533MHz 的 32／16 位 LPDDR3 等多种 DDR SDRAM 内存，以及 eMMC、SD卡、SLC NAND、SPI NAND 和 Quad-SPI NOR 等闪存 (Flash)。
图2：STM32MP1 弹性架构有利于能源效率
资料来源：ST 提供
STM32MP1：软、硬件一次到位，固件是胜出关键
实测显示，暂停 Cortex-A7 执行指令、只让 Cortex-M4 运作，功耗可降低至 25%，由此进入待机状态功耗可再降至 1/2500 (取决于实际应用)。更惊艳的是，可在 1～3 秒恢复执行 Linux；搭配 ST 专程开发的 STPMIC1 能源管理配套芯片可进一步简化设计、减少物料清单 (BOM) 成本并优化功耗——集成 DC / DC 和低压差稳压器 (LDO) 的 STPMIC1，亦可单独供内存和设备使用。承袭 STM32 生态系统是另一项傲人资产，包括：STM32CubeMX＋STM32CubeProgrammer 软件开发工具包 (SDK) 和评估板／探索板／电路板与模块系统 (SoM) 等硬件。
实测显示，暂停 Cortex-A7 执行指令、只让 Cortex-M4 运作，功耗可降低至 25%，由此进入待机状态功耗可再降至 1/2500 (取决于实际应用)。更惊艳的是，可在 1～3 秒恢复执行 Linux；搭配 ST 专程开发的 STPMIC1 能源管理配套芯片可进一步简化设计、减少物料清单 (BOM) 成本并优化功耗——集成 DC / DC 和低压差稳压器 (LDO) 的 STPMIC1，亦可单独供内存和设备使用。承袭 STM32 生态系统是另一项傲人资产，包括：STM32CubeMX＋STM32CubeProgrammer 软件开发工具包 (SDK) 和评估板／探索板／电路板与模块系统 (SoM) 等硬件。
RAYNAUD 透露，STM32CubeMX 固件是 STM32MP1 从竞品脱颖而出的关键。它可简化 Cortex-A7 和 Cortex-M4 内核的软、硬件配置，产生 M4 处理器 C 语言程序代码、DDR SDRAM接口配置、除错工具以及 Linux Device Tree 树状设备档。加强型 STM32Cube 工具是 Cortex-M MCU STM32Cube 特别升级版，具有加速 Arm Cortex-A AP 所需的全部功能并可供 Cortex-M MCU完全重复使用，只要一次性投资就可繁衍迭代产品。不仅有多个应用程序编程接口 (API) 可存取周边、且集合多种中间件供 Cortex-M 使用，迄今已有数百个实例，直接投产质量无虞。
图3：STM32MP1 软件工具
资料来源：ST 提供
如此，将有利于企业授权。为优化项目的阶段性任务，ST 备有三种 SDK 供用户选择：1.Starter Package (STM32MP1Starter)，入门体验 STM32MP1 的硬件流畅；2.Developer Package (STM32MP1Dev)，可在 STM32MP1 嵌入式软件发行版进行开发；3.Distribution Package (STM32MP1Distrib)，创建自己特有的 Linux 发行版、Starter 和 Developer 软件包。ST 亦为用户提供一系列社群板和第三方模块系统板，以第三方电路板制作原型并生产 Linaro 电路板规格 (96boards.org) 或各种不同形式的商用模块系统。
＂开源、云台、社群＂成最强后盾
ST 还与系统整合商 Witekio 共同将 Android 移植到 STM32MP1，提供从 Linux 或 Android 系统客制化到 Qt HMI 的开发和云台连接，协助用户创新物联网 (IoT)。外加线上开发社群 (https://community.st.com ；https://wiki.st.com/stm32mpu) 等顾客支援及 Linux 开源相助，可缩短研发周期；ST 还与开源软件供货商 Timesys 合作补强安全 Yocto BSP 板级支持包维护并投注心力在 meta-timeys 整合上，冀让用户减少管理漏洞的时间。OpenSTLinux 现已通过 Linux Foundation、Yoctoproject、Linaro 等 Linux 社群审核。
ST 还与系统整合商 Witekio 共同将 Android 移植到 STM32MP1，提供从 Linux 或 Android 系统客制化到 Qt HMI 的开发和云台连接，协助用户创新物联网 (IoT)。外加线上开发社群 (https://community.st.com ；https://wiki.st.com/stm32mpu) 等顾客支援及 Linux 开源相助，可缩短研发周期；ST 还与开源软件供货商 Timesys 合作补强安全 Yocto BSP 板级支持包维护并投注心力在 meta-timeys 整合上，冀让用户减少管理漏洞的时间。OpenSTLinux 现已通过 Linux Foundation、Yoctoproject、Linaro 等 Linux 社群审核。
发行版涵盖 AP 运作软件所需的所有基本组件，包含：Linux BSP 板级支持包、Linux 核心、驱动程序、开机程序和安全操作系统 (OP-TEE，可信赖执行环境) 等。STM32MP1 系列本身亦嵌入 TrustZone、加密算法、哈希计算、安全启动、防篡改脚位和实时时钟等多项硬件安全加密功能，确保程序代码的真实性。携手云台服务供货商 (CSP) 则是另一个布局重点，早在 2017 年，ST 便已与亚马逊 AWS 宣布将 Amazon FreeRTOS 开源操作系统和相关软件库搭载在超低功耗 STM32L4 MCU，且使 B-L475E-IOT01A IoT 节点探索工具成为 FreeRTOS 入门套件。
图4：STM32MP1 针对多种应用量身订制，现有 24 种型号进入量产
资料来源：ST 提供
资料来源：ST 提供
上述新型开发板提供通信连接、多路传感器和控制功能，支持 Arduino Uno V3 和 PMOD 接口，可插接各种专用子板，无限扩大系统功能。新款 MPU 家族是否能如期比照办理并延伸至其他云台？值得期待。此外，＂产品线广、配置选项多＂是 ST 产品备受赞誉的主因之一，STM32MP1 采用多种球栅数组 (BGA) 封装，密度、导热性及电性传导较佳，支持成本最低的电路板结构且极小化板空间。特别一提的是，STM32MP1 内建多个经过事先优化的内存配置选项，系统会聪明且有效运用系统资源，既可省去人工调试麻烦、又能避免资源不足或浪费。
