一、Cortex-M4远景
在我国“三网交融”大势所趋之下，未来几年，我国数字电视、电子游戏机等数字消费电子产品和高端家用电器商场需求旺盛，再加之工业范畴继续的微弱添加，将极大拉动商场对16、32位高端MCU的需求。继Freescale、NXP接连推出依据ARM Cortex-M4内核的微操控器产品之后，ST日前又点着了“一把熊熊烈火”，把本已混战不胜的32位MCU商场搅得愈加炽热。
史上最强M4微处理器怎么打造?
ARM嵌入式运用商场司理罗霖此前在承受本刊采访时就曾表明，现在MCU产品需求和商场应战，首要在于商场需求具有更高功用的低功耗产品，具有增强的衔接性(例如接入USB, Ethernet, 802.15, NFC等);使代码重用的运用率更高;处理和衔接才能增强的模仿设备。其次，在无线传感器、引擎操控和智能电表上运用的MCU产品需具有更高能效;而跟着规划出的产品功用越来越杂乱，关于内存和频率的要求也会变得更高，面对这些应战，8/16位MCU已显得无能为力。
低功耗和高功用一直是一对对立体，这是不争的现实。正因如此，既下降功耗，又能供给可承受的功用一直是单片机供货商所面对的技能应战。日前，一条来自意法半导体的新闻引起业界许多重视——该公司推出了声称“迄今为止，全球功用最强的依据ARM Cortex-M4内核的微操控器STM32 F4”，并将运用方针锁定在数据交换及通讯设备、医疗保健、安防监控、消费电子、工业自动化、绿色动力、白色家电等许多范畴。
ST微操控器全球商场部总监Daniel Colonna表明，STM32 F4系列引起商场重视有多方面的原因，其间最直接的原由于该系列是迄今功用最高的Cortex-M微操控器，且已全面量产。他一起还模糊批评了某些竞争对手，以为他们“只会声势浩大的宣扬，却一直无法将M4产品成功量产。”
Cortex-M4处理器是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器，用以满意需求有用且易于运用的操控和信号处理功用混合的数字信号操控商场。高效的信号处理功用与Cortex-M处理器系列的低能耗、低本钱和易于运用的长处的组合，旨在满意专门面向电动机操控、轿车、电源办理、嵌入式音频和工业自动化商场的新式类别的灵敏解决计划。
ST方面称，公司正在运用新的STM32 F4系列进一步拓展运用规模。STM32 F4的单周期DSP指令将会催生数字信号操控器(DSC)商场，数字信号操控器适用于高端电机操控、医疗设备和安全体系等运用，这些运用在核算才能和DSP指令方面有很高的要求。
STM32 F4实时处理才能
据悉，除引脚和软件兼容高功用的F2系列外，F4的主频(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支撑单周期DSP指令和浮点单元、更大的SRAM容量(192 KB，F2为128 KB)、512KB-1MB的嵌入式闪存以及印象、网络接口和数据加密等更先进的外设。Daniel Colonna称，ST 90nm 运转功用(168MHz)和最佳动态功耗(在外设禁用时，从闪存履行Coremark评价代码，电流耗费38.6mA，处理频率168MHz)。
德州仪器：更垂青性价比
拿M4做文章的还有TI，就在STM32 F4发布只是两天之后，经过收买Luminary进入Cortext M阵营的TI也推出了自己的新式低功耗、浮点 Stellaris Cortex-M4F微操控器系列。TI Stellaris ARM Cortex-M微操控器渠道业务部总司理Jean Anne Booth对媒体说，新式Stellaris MCU是全球第一批选用65nm工艺制造的依据Cortex-M的MCU，为“完成更高的速度、更大的内存乃至更低的功耗铺平了路途。”
来自TI的音讯说，Stellaris装备256KB闪存和32KB SRAM，其ARM Cortex-M4F浮点内核作业频率最高可达80 MHz，待机电流最低至1.6 μA;两个高功用12位模数转换器(ADC)和三个比较器可支撑混合信号运用。其间，12位ADC准确度可在1 MSPS全采样速率下完成，不需求任何的硬件均匀，然后革除了一切的功用折衷;衔接选项方面，包含USB(主机、设备和On-The-Go)、UART、I2C、SSI/SPI和CAN，用于支撑通讯;集成型EEPROM则可支撑用户接口或装备参数的经用型非易失性存储，以下降体系本钱。
一起，为简化规划加速产品上市进程，TI还将免费的StellarisWare软件预先装入ROM以节约闪存空间，用户也可自行经过TI官网进行下载。Stellaris微操控器套件可由5种常用IDE支撑，可在10分钟或更短时间内跨越式发动规划。开发人员能够轻松地调整规划，并在具有代码兼容性的整个 Stellaris Cortex-M 微操控器渠道上完成代码复用。
Jean Anne Booth着重说，TI绝非不能规划出全球功用最佳的微处理器产品。但从TI造访许多客户取得的反应却显现，80MHz主频反而是性价比最好的一个平衡点。她进一步解说称，80MHz并带有带浮点运算功用，这现已要比现在的M3产品功用高许多;其次，价格是个很重要的问题，客户不会不考虑;终究，摆在眼前的功耗问题也需求客户“三思而后行”。因而，归纳以上种种要素，TI终究将着眼点放在80MHz的Cortex-M4F上，以为这将给客户带来“性价比最高”的产品。
飞思卡尔：Kinetis K50确保至少15年安稳供给
就在ST和TI两家为自己的M4新品拼命摇旗呐喊的时分，飞思卡尔却静悄悄的在自己的官方微博上贴出了这样一段话，“飞思卡尔的K50微操控器系列内置ARM Cortex M4内核，为接连监测供给多种衔接选项，并为便携式医疗设备、仪器仪表和工业测验和丈量设备等运用范畴的牢靠模仿信号处理供给集成丈量引擎。Kinetis K50系列已归入飞思卡尔产品长时间供货计划，确保至少15年的安稳供给。”
这似乎是飞思卡尔对业界某些风闻“最无声，但却最有力”的反对。2010年6月，飞思卡尔正式推出依据ARM Cortex-M4处理器的90nm 32位MCU Kinetis系列，并计划于2011年全面供货。该系列选用了飞思卡尔90nm薄膜存储器(TFS)技能和FlexMemory功用(可装备的电子可擦除、可编程、只读存储器EEPROM)。新MCU还运用与ColdFire+MCU相同的软件支撑东西和超低功耗灵敏性，使客户能够轻松地为其终究运用挑选最佳解决计划。
从M0到M4，跟着半导体厂商纷繁参加ARM阵营，这是否意味着MCU商场的专用架构年代正在曩昔，一个通用的Cortext M内核的年代现已到来?这又是否契合嵌入式商场的准则?让我们拭目而待。
二、Cortex-M4介绍
ARM公司2010年02月24日宣告推出新款嵌入式处理器Cortex-M4，这也是这种高功用低功耗嵌入式计划的第四代产品，之前三代分别是Cortex-M0/M1/M3。
Cortex-M4是一种面向数字信号处理(DSC)和高档微操控器(MCU)运用的高效计划，具有高功率的信号处理才能，一起还有低功耗、低本钱、简略易用等特征；在CM3基础上强化了运算才能，新加了浮点，DSP，并行核算，双MAC等。ARM期望把Cortex-M4用于数字信号操控商场，也便是既有微操控器的“操控”才能，又有DSP的“处理”才能，合适电机操控、轿车、电源办理、嵌入式音频（能听懂人说话的智能洋娃娃？）和工业自动化等范畴。
Cortex-M4架构图
Cortex-M4能够依据运用需求供给多种不同的制造方法，比方超低功耗版别选用台积电180nmULL工艺出产，方针频率150MHz的高功用版别则运用GlobalFoundries65nmLPe工艺出产，动态功耗也不超越40μW/MHz。
三、STM32 F4功用介绍
为了进一步稳固公司在32位MCU商场的抢先地位，意法半导体重磅推出了全新的STM32 F4系列高功用微操控器产品。作为STM32渠道的新产品，STM32 F4系列依据最新的ARM Cortex-M4内核，在现有的STM32微操控器产品组合中新增了信号处理功用，并进步了运转速度。
意法半导体现有的STM32产品合适各种运用范畴，包含医疗服务、出售终端设备（POS）、建筑安全体系和工厂自动化、家庭文娱等。此外，意法半导体正在运用新的STM32 F4系列进一步拓展运用规模。STM32 F4的单周期DSP指令将会催生数字信号操控器（DSC）商场，数字信号操控器适用于高端电机操控、医疗设备和安全体系等运用，这些运用在核算才能和DSP指令方面有很高的要求。新的STM32 F4系列的引脚和软件彻底兼容STM32 F2系列，假如STM32 F2系列的用户想要更大SRAM容量、更高的功用和更快速的外设接口，则可轻松地从F2升级到F4系列。此外，现在选用微操控器和数字信号处理器双片解决计划的客户能够挑选STM32 F4，其在一个芯片中整合了传统两个芯片的特性。
除引脚和软件兼容高功用的F2系列外，F4的主频(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支撑单周期DSP指令和浮点单元、更大的SRAM容量(192KB，F2是128KB)、512KB~1MB的嵌入式闪存以及印象、网络接口和数据加密等更先进的外设。意法半导体的90nm CMOS制造技能和芯片集成的ST实时自适应“ART加速器”完成了抢先的零等候状况下程序运转功用(168MHz)和最佳的动态功耗。
STM32 F4系列共有4款产品，分别为STM32F405、STM32F407、STM32F415和STM32F417。一切产品均已投入量产。
其间，STM32F405集成了定时器、3个ADC、2个DAC、串行接口、外存接口、实时时钟、CRC核算单元和模仿真随机数发生器在内的整套先进外设，并额定内置一个USB OTG全速/高速接口。产品选用4种封装（WLCSP64、LQFP64、LQFP100、LQFP144），内置多达1MB闪存。
STM32F407在STM32F405产品基础上添加了多个先进外设：第2个USB OTG接口(仅全速)；1个支撑MII和RMII的10/100M以太网接口，硬件支撑IEEE1588 V2协议；1个8-14位并行相机接口，能够衔接一个CMOS传感器，传输速率最高支撑67.2Mbyte/s。产品选用4种封装（LQFP100、LQFP144、LQFP/BGA176），内置512KB到1MB的闪存。
STM32F415和STM32F417在STM32F405和STM32F407基础上添加一个硬件加密/哈希处理器。此处理器包含AES 128、192、256、Triple DES、HASH（MD5, SHA-1）算法硬件加速器，处理功用非常超卓，例如，AES-256加密速度最高到达149.33Mbytes/s。
意法半导体还为客户供给了广泛的东西和软件支撑，其间既包含349美元的STM3240G-EVAL评价版，能够帮忙客户评价产品的悉数特性，也包含14.9美元的STM32 F4体会套件（STM32F4DISCOVERY）用于方便的产品评价和样机制造。此外，STM32和ARM软件生态体系中还有许多开发环境可供客户挑选。
F4系列技能优势
• 选用多达7重AHB总线矩阵和多通道DMA操控器，支撑程序履行和数据传输并行处理，数据传输速率极快；
• 内置的单精度FPU进步操控算法的履行速度，给方针运用添加更多功用，进步代码履行功率，缩短研制周期，减少了定点算法的缩放比和饱满负荷，且允许运用元语言东西；
• 高集成度：最高1MB片上闪存，192KB SRAM，复位电路，内部RC振荡器、PLL锁相环、低于1μA的实时时钟（差错低于1秒）；
• 在电池或许较低电压供电的运用中，且要求高功用处理和低功耗运转，STM32 F4为此带来了更多的灵敏性，以到达高功用和低功耗的意图；包含在待机或电池备用形式下，4KB备份SRAM数据被保存；在Vbat形式下实时时钟功耗小于1μA；内置可调理稳压器，允许用户挑选高功用或低功耗作业形式；
• 超卓的开发东西和软件生态体系：供给各种集成开发环境、元语言东西、DSP固件库、贱价入门东西、软件库和协议栈。
• 优胜的和具有立异性的外设：
– 互联性：相机接口、加密/哈希硬件处理器、支撑IEEE 1588 v2 10/100M以太网接口、2个USB OTG（其间1个支撑高速形式）；
– 音频：音频专用锁相环和2个全双工I2S；
– 最多15个通讯接口（包含6个10.5Mbit/s的USART、3个42Mbit/s的SPI、3个I2C、2个CAN、1个SDIO）；
– 模仿外设：2个12位DAC；3个12位ADC，采样速率到达2.4MSPS，在替换形式下到达7.2MSPS；
– 最多17个定时器：16位和32位定时器，最高频率168MHz。
STM32F4DISCOVERY开发板介绍：
STM32F4DISCOVERY 是ST公司推出的一款针对高功用STM32F4系列规划的开发板。
