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M7+M4双核架构MCU STM32H7将微控制器性能进一步提升

http://www.ec.hc360.com2019年08月22日15:16 来源:慧聪电子网作者:21ICT|T

    在微控制器的市场上,双核设计多为M4+M0/M+的架构,往高性能方向走,一般都是采用单核M7,鲜有M7+M4的这种组合。而此次STM32H7正是在单核M7的基础上,又添加了一个M4的内核,双核跑分合计达到了3200CoreMark,将微控制器类产品的性能发挥到了更高的水准。

    近日ST在北京召开了双核版STM32H7的发布会,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和意法半导体微控制器事业STM32高性能产品线高级市场经理RenaudBOUZEREAU对于全新产品和整体市场战略进行了精彩的分享。

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    1+1大于2

    STM32H7双核版可以看作是STMCU产品线中第一款真正意义上的双核微控制器,采用了Cortex-A7+Cortex-M4的架构进行设计。前段时间发布的STM32WB系列,虽然也是两个核心,但其实M0+的内核主要是用来进行无线配置,整体可以看作是一个射频集成的MCU;而A7+M4架构的STM32MP系列产品,则被官方定义为是MPU的产品。据Renau先生介绍,双核版STM32H7中的M7内核的主频为480MHz,跑分为2424;M4内核的主频为240MHz,跑分为800CoreMark;所以合计跑分达到了3200多分,这是目前业 界 强性能的MCU产品。

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    H7的内核有双精度FPU、L1cache、MPU和DSP等资源,而M4内核内置单精度FPU、DSP、MPU以及ST独有的ART加速器。双核最大的好处当然是在于可以两个核分别执行不同的任务,现场给出了两个例子:比如在一个工业用工具机内,M7内核可以用来进行人机界面的交互,而M4可以用于通讯闸道+马达控制+传感器与处理。而在家庭自动化的应用中,M7上可以跑人工智能神经网络(例如模式识别,自动语音识别等),M4可以跑通讯闸道和实时界面。

    但其实双核MCU设计并不只是简简单单地叠加就可以的,还需要考虑两个核心之间的通信效率的问题。Renaud称,“高性能产品最怕会在数据传输方面出问题或者会增加CPU的工作负荷,所以ST在双核版H7中引用了主DMA的配置。“主DMA用于两个核心之间的数据交换,将核内数据与外设进行高效率的通信。两个核心都可以访问内部RAM,确保数据传输的实时性。

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    曹锦东先生表示,与两个单核mcu的系统设计相比较,双核版的STM32H7在执行某些工作任务的时候,可以达到1+1大于2的效果。从整体设计的面积来讲,一个封装的双核芯片是要比两个单核芯片所占的面积要小,因此可以节省PCB面积;从数据交换效率角度来讲,双核同时访问内部RAM的效率肯定要比两个单核MCU通过UART或I2C的效率高的多;从安全性的角度来讲,两个内核的数据交互肯定是要比两个单核的MCU的外部交换要安全的多。所以整个上来看,STM32H7的双核版可以给到客户1+1大于2的体验。

    1+1等于1

    但其实我们换一个角度来看,双核版STM32H7还有1+1等于1的效果。首先就是设计的一致性可以得到很好的延续。这其实是STMCU的一个绝  对大的优势,如果你在STMCU的这个体系内进行升级迭代,那么你所需要做的额外的工作其实非常少。之前在单核的M4以及M7系列的STM32产品上编写的代码,可以直接迁移到新的双核STM32H7中来,而且两个核的编程可以分开由两个团队来完成。这样就大大提高了系统设计的效率,减少了用户在进行产品迭代升级时的成本。

    另外双核版H7在大部分工作状态下仍然可以保持与单核一致的功耗。双核版的STM32H7采用了三个电源域的设计:D1高性能域——Cortex-M7内核在内部进行GUI、DSP和安全的控制;D2实时控制域——Cortex-M4主要处理实时性的连接和控制,例如外部连接、实时操作系统、马达驱动以及更多的控制任务;D3大数据采集域——当两个内核都进行休眠的时候,仍然可以执行外部数据采集的工作,当采集数据量达到一定阈值后便可唤醒另外两个域进行处理。用户可以将这三个电源域进行自由分配工作时序,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。

    拓展生态建设,专注垂直应用,紧跟时代前沿方向

    其实可以看到非常有趣的现象,随着终端应用需求的提高,之前长于做MPU的NXP的前飞思卡尔的团队,会推出像i.MXRT这样的高性能的MCU的产品;而之前长于做通用微控制器的STMCU这边,也会推出像STM32MP这样的MPU的产品。而且两家不谋而合地都在发布会上宣称:2019年将会是丰收的一年,我们会有很多很多新产品推出。MCU和MPU的边界开始相互侵蚀,在一个智能手表的应用中,我可以选择使用MPU,在跑安卓手表系统的同时尽量保持更长的电池续航;我也可以选择高性能的MCU,在超长待机的前提下提供更好的交互界面。

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    曹锦东表示未来STMCU将在三个方面进行努力:一是继续拓展成功的生态建设;二是专注垂直应用;三是紧跟时代前沿趋势。近期我们也会关注到,STMCU的新产品发布频率很高,这都是对于垂直应用的产品的配合。那么往垂直应用走,每一个细分的需求所带来的出货量肯定不如通用的mcu的产品出货量要高,但是这并不会给ST带来困扰。从成本上来说,Renau表示40nm的产品线已经完成了一次性的投入,所以这一块并不会产生更多成本;IP方面因为都是已有的授权,并且笔者猜测可能会与出货量挂钩,所以这一块也不会产生更多的成本。从用户的选择的角度来说,之前可能为了满足需求,需要买一颗非常贵的料,但是包含了很多的不必要的资源,会造成浪费;但是现在他可以按需挑选合适的芯片,那么其实对于这种用户的订单的会有一个促进的作用。从长远的角度来考虑,ST追求的是一种技术的迭代发展。曹锦东表示,随着市场的推移高性能的芯片需求会越来越多。“十年前谁也没有想到32位的MCU超过50%的市场份额,大家只认为8位的MCU会超过60%的市场份额,但是事实证明时代,客户的需求是变化的。”

    截止发稿,从nxp处已经获得消息,M7+M4架构的i.MX系列已经快要面市了,因为M7核的主频较高,所以跑分也比较高。对于想要选择这种高性能MCU的用户来说,跑分是选型的一个因素,但不是全部考量。用户从哪来来,决定了其最终的选型需求,比如之前一直使用STM32来进行开发的用户,相必一定会继续选择双核H7;而之前擅长使用A核的MPU的用户,想必在选型时会请青睐即将面世的M7+M4的i.MX新产品。

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责任编辑:刘婷婷

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