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双核STM32H7:Cortex-M通用MCU性能之巅

2019-07-15
毕晓东

        在嵌入式MCU领域,CoreMark是大家都比较熟知的衡量MCU性能的方法,CoreMark跑分常常成为业内对某款MCU性能评价的重要指标。近日,意法半导体(ST)推出了新一代STM32H7,该款产品以3224的CoreMark得分刷新了Cortex-M通用MCU得分记录,成为基于Cortex-M内核的通用MCU当之无愧的性能王者。

        在意法半导体强大的STM32家族中,囊括了基于不同Cortex-M内核、针对不同应用定位的多个产品系列,主要包括超低功耗系列、主流MCU系列、高性能系列、无线系列等。而在高性能系列中,意法半导体于2016年发布的基于Cortex-M7的STM32H7一直是STM32中的高性能MCU代表。

        本次推出的新一代STM32H7,是STM32H7的双核版本,在原有Cortex-M7的基础上增加了一个Cortex-M4内核。新一代的STM32H7不但将Cortex-M通用MCU的性能推上了一个新的巅峰,在安全性及内置外设的多方面的新设计,也将给用户带来极大地便利,堪称强劲性能与丰富功能的完美组合。

稳健增长的STM32处理器

        意法半导体中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东先生介绍了意法半导体在MCU领域的总体业务发展情况。他介绍道,从全球MCU领域来看,意法半导体2018年业绩比2017年更进一步,由2017年的全球市场第三名提升为2018年的第二名。在中国市场,意法半导体为2018年中国MCU市场第一名。

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 意法半导体中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东


        曹锦东表示,过去十多年来,意法半导体在MCU领域业绩保持了持续增长,并且是“有机”的增长——完全由自身的业务发展而增长,而非收购、合并、兼并等方式带来的增长。

        曹锦东表示,意法半导体在中国市场的成功主要归功于ST过去到今天以至未来一直所积极推行三个方面的发展策略:第一是积极拓展生态系统、合作伙伴;第二是专注于垂直应用;第三是更广泛支持中小客户。曹锦东表示:“这样的矩阵确保我们的业务能够长期的,可持续性的健康发展,这是相辅相成的结果。”

        谈及STM32的未来规划,曹锦东表示,一方面是产品,意法半导体将针对应用需求推出更有针对性的产品线,如更高性能、更低功耗、无线链接及更具成本竞争力等方面需求;另一方面则是更强大的软件生态的建设,包括开发平台、人工智能、图形设计、安全服务等方面。

双核造就MCU性能之王

        意法半导体微控制器事业部STM32高性能产品线高级市场经理Renaud BOUZEREAU详细介绍了意法半导体新推出的STM32H7。

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意法半导体微控制器事业部STM32高性能产品线高级市场经理Renaud BOUZEREAU


        STM32H7双核产品包括两个内核,一个是480 MHz主频的Cortex-M7,内置一个双精度浮点运算单元,MPU、DSP、一级缓存;另外一个核是240 MHz主频的Cortex-M4内核,内置单精度FPU,DSP、MPU以及ST独有的ART加速器。双核的架构使新推出的STM32H7具备了强悍的性能表现,CoreMark得分达到3200以上。

        Renaud BOUZEREAU表示,STM32H7强大的内核是由强大的架构所支撑的,主要包括四个方面:

        (1)在显示部分,因为STM32H7内置Chrom-ART 加速器及MJPEG的编码器,使得在图象显示的时候,可以减少90%的工作负荷。

        (2)数据传输部分, STM32H7系列内置的主DMA可以触发事件链接,主DMA能处理记忆体和外设之间最复杂的数据传输配置,最多提供16个通道,从而减轻CPU工作负荷。

        (3)STM32H7嵌入了一个高精度的定时器的模块,这个模块可以产生比较复杂的PWM的输出,包括所有事件类,这个高精度过程主要是面对数字电源或者是更复杂的事件的触发,在设定了触发的模式下,CPU不需要参与太多的事件触发的过程。

        (4)在数据加解密部分内置了硬件的加解密算法,包括哈希的硬件加速器,客户由原来的用软件的形式去做加密工作,变成现在会用内部的硬件资源来做加解密动作,也可以使得CPU 工作负荷减少90%。

        双核的设计主要适合哪些应用场景?Renaud BOUZEREAU以两个实例作了介绍:第一是工业控制的人机交互界面,因为双核的存在,所以客户可以自由地分配任务给两个内核进行不同的任务,如将人机界面显示的控制放在Cortex-M7进行处理,实时控制部分,如说网关通讯、马达驱动以及传感器数据采集放在实时的处理内核Cortex-M4上面。第二个例子在家庭自动化以及安全模块上, Cortex-M7可以处理人工智能的神经网络,包括它所应用到的如图象显示、语音的识别、图象的识别等;Cortex-M4的内核处理实时性的,如Wi-Fi的通讯、以太网等实时通讯的模块上。

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        对于双核架构的优点,Renaud BOUZEREAU主要总结了四个方面:增加系统效能、增加系统效率、缩短开发周期、降低系统成本。

        首先,两个核可以独立运行,可以进行两套不同的任务,或者是执行一套任务,由另外一个核监控着另外一个核的应用的运行情况,来保证它的安全性。在这样的架构下,可以减少运算时间及应用中的平均功耗。

        在电源架构上,STM32H7双核产品分为三个供电域,分别是高性能域,是由Cortex-M7在里头进行GUI、DSP和安全的控制,第二的Cortex-M4主要处理实时性的连接和控制,比如说对外的连接,实时操作系统,马达驱动以及更多的控制任务。第三个域称为大数据量采集域,另外两个域在休眠的时候,这个域自动的从传感器,包括外部的电压电流进行数据采集,采集完之后,达到一定数量或者达到一定阈值后可以唤醒另外两个域进行处理。在三个域里可以自由分配工作时序,自由去决定开启和关闭的过程,从而达到整体的动态功耗的平衡。

        因为STM32H7的两个核是独立工作的,可以直接安排两个或者多个任务在双核进行处理。所以在开发过程中,里面的配置包括内部资源,只要在分配好之后,两个团队就可以基于自己的内核或者自己分配的资源进行开发,从而不用去避免会影响到另外一个团队的工作,从而可以缩短电路板设计和项目评估时间。

        第四,双核的产品可以降低整体的系统的成本。因为内置了非常多的外设资源在STM32H7双核产品里,在很多情况下,不需要再外挂一些ADC、比较器、放大器,从而减少外部器件的需求。因为双核的原因,可以将两个系统所完成的东西变成一个系统,由双核的MCU就可以进行处理。


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