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为下一代低功耗应用做好准备——ST新款STM32L4微控制器突破超低功耗应用的性能极限

时间:2015-06-09 11:08来源:COMPOTECHChina 作者:徐俊毅 点击:
 
 

 
物联网(IoT)以及可穿戴式设备市场的发展,对MCU的功耗和性能要求日益苛刻。越来越多的MCU芯片供应商引入了ARM Cortex M4内核,来弥补超低功耗MCU产品性能的短版。
 
2015年5月意法半导体(STMicroelectronics,简称ST)整合其超低功耗微控制器技术与在ARM® Cortex®-M4内核领域积累的多年丰富经验,成功创造出适用于下一代节能型消费电子产品、工业、医学和计量产品的STM32L4系列微控制器。
 
两款新系列产品STM32L476和STM32L486基于运算频率80MHz的ARM Cortex-M4处理器内核,内置浮点运算单元(FPU, floating-point unit)可支持DSP指令。意法半导体的自适应实时加速器(ART Accelerator™, Adaptive Real-Time Accelerator)是新系列微控制器的另一个附加优势,使微控制器能够在无等待状态下执行闪存内的代码,处理性能高达100 DMIPS,而功耗仅为100µA/MHz。高达1MB的双区(dual-bank)闪存可支持复杂应用和读写同步功能,并提供一个128KB的静态随机存取存储器(SRAM, Static Random-Access Memory)。
 

STM32L4 CoreMark测试得到273分
 
STM32L4微控制器充分利用意法半导体丰富的低功耗技术,包括根据不同处理需求调整功耗的动态电压调整、内置FlexPowerControl的智能架构和有7个子模式选项的电源管理模式,其中包括停机、待机和最低功耗30nA的关机模式。意法半导体的批量采集模式(BAM, Batch Acquisition Mode)能使处理器在低功耗模式下仍可与通信外设高效交换数据。
 

STM32L4全面细致的低功耗管理体系
 
在嵌入式微处理器基准评测协会(EEMBC, Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)发布的标准化ULPBench®超低功耗微控制器能效对比评测中,STM32L4系列微控制器获得123分的业内最高成绩。这说明在STM32L4的帮助下,设计人员无需以牺牲功耗为代价,便可以得到更高的性能和更大的存储容量。”意法半导体产品线营销经理Jean-Julien Pegoud表示。
 
低总体功耗,Cortex-M4的高性能表现和DSP功能,智能模拟功能,以及丰富的数字接口功能,这些特性使STM32L4系列非常适用于智能联网(smart connected)和物联网(IoT)产品应用,以及各种工业、医疗和消费性电子产品。
 

STM32L4 智能手环架构示意
 
2007年至2015的八年期间,ST以每年有1—3个产品系列的速度,先后有低功耗、主流产品线到高性能产品线等八大产品线诞生,形成了从低功耗到低成本,到高性能到更高性能整体的覆盖。这些产品涵盖了以ARM Cortex M0、M0+、M3、M4、M7所有核心。除了在产品不断推陈出新之外,ST的业务模式也在不断适应新的变化
 

STM32丰富的产品线
 
“我们注意到,近两年,传统的产业链协作模式已经不足以满足客户的需求,更多的需求是在IoT(物联网)等更快速发展的行业,行业转换当中需要更多的系统和软件支持,单独靠ST和代理商已经远远不能满足市场的需求。因此,ST更多地联合合作伙伴,搭建生态系统,包括软件、硬件、IP,这其中甚至包裹过去的竞争对手。所有参与者在这个生态系统里都会找到自己的利益的切入点,通过大家的黏合,把自己的部分变成快速有效的整理方案,提供用户快速使用。每个行业、每个节点,每个生态系统部分,ST和合作伙伴分享利润,整体形成一个更大的生态系统。”  大中华与南亚区微控制器营销和应用总监James Wiart表示。
 
附录:技术细节
为实现能效和性能最大化,并同时确保低功耗,除整合低功耗的制造技术外,STM32L4还受益于智能架构与通信外设。数字外设包括一个带有专用电源的USB全速(OTG, On-The-Go)控制器,即使系统电源只有1.8V,客户仍可通过USB保持通信。另一个数字外设是Sigma-Delta调制器数字滤波器(DFSDM, Digital Filter for Sigma-Delta Modulator),可用于连接外部Sigma-Delta调制器或脉宽密度调制(PDM, Pulse Density Modulation)麦克风。
 
模拟外设包括三个12位/5MSps的模数转换器,内部智能操作功能可支持两种不同的采样速率:低速采样功耗仅为数十微安(μA),能够限制最大电流;高速采样可使处理器快速返回超低功耗模式。这些模数转换器提供最高16位的分辨率和硬件过采样功能。参考电压缓冲器通过VREF+引脚为模数转换器、数模转换器或外部元器件提供基准电压信号。此外,当微控制器进入深度睡眠的节能模式,总体电流降至数百个微安时,两个具有采样和保持功能的12位数模转换器仍会照常工作。其它模拟外设包括两个功耗仅为300nA的超低功耗电压比较器以及两个运算放大器,运算放大器具有内外部反馈路由(feedback routing)和可编程增益放大器(PGA, Programmable-Gain Amplifier)功能。
 
STM32L4智能架构使微控制器能够在内核、DMA控制器、存储器和外设之间并行传送数据和指令,进一步提升性能和能效。FlexPowerControl是智能架构的另一个优势,有助于实现节能省电设计,当微控制器处于低功耗模式时只保留I/O电平,使SRAM保持待机状态,管理特定外设与I/O端口的独立电源。
 
STM32L486集成了一个符合高级数据加密标准(AES, Advanced Encryption Standard)的256位硬件加密协处理器,结合STM32L4的其它功能,例如独立电池备用域及防篡改输入功能,该加密处理器为智能电表等安全型应用提供一个强大的产品平台。
 
为解决散热性能对某些应用的挑战(例如在封闭或高温环境中使用微控制器),意法半导体还推出了工作温度高达125°C的微控制器产品。
(责任编辑:helen)
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