STM32H7系列微控制器 （MCU） 在今天創(chuàng)造 了歷史，成為嵌入式市場中最強(qiáng)大的 ARM? Cortex?-M7 處理器實(shí)現(xiàn)。它的速度是之前的 STM32 旗艦系列 STM32F7 系列的兩倍多，這意味著其 400 MHz 的核心頻率使 ST 成為第一個(gè)使用 Cortex-M MCU 在 CoreMark 中達(dá)到 2010 分的公司。

這是可能的，因?yàn)?ST 是第一個(gè)將其 M7 實(shí)現(xiàn)從 90 nm 工藝節(jié)點(diǎn)縮小到 40 nm 的公司。媒體最近報(bào)道稱，一些制造商已經(jīng)開始或即將開始量產(chǎn) 10 納米的 SoC。然而，重要的是要了解這些組件只有數(shù)字電路，這與 ST 的嵌入式 MCU 不同，后者包括數(shù)字電路、閃存和模擬組件。因此，這些結(jié)構(gòu)比典型的主流組件要復(fù)雜得多，因此需要更復(fù)雜的工藝。因此，今天使用的 40 nm 節(jié)點(diǎn)不僅具有開創(chuàng)性，而且是通向 Cortex-M7 出色實(shí)現(xiàn)的門戶，盡管我們無法在一篇文章中列舉 STM32H7 中發(fā)現(xiàn)的所有重大更新或優(yōu)化，

三個(gè)域，內(nèi)存密集

STM32H7的三個(gè)領(lǐng)域

為了優(yōu)化 STM32H7，其架構(gòu)分為三個(gè)域。很簡單，第一個(gè) （D1） 包括帶有緩存的內(nèi)核、閃存和高帶寬外圍設(shè)備，例如驅(qū)動(dòng)屏幕的模塊或 Chrom-Art 圖形引擎。連接域 D2 將 USB、加密加速器和用于存儲(chǔ)的 SD/MMC2 單元等低速外圍設(shè)備組合在一起。最后，批量采集模式域 D3 負(fù)責(zé) MCU 的一些最基本方面，例如其復(fù)位和時(shí)鐘控制以及 ADC、GPIO、RTC、芯片的電源管理和基本的 DMA （BDMA） 控制器。

與某些 STM32F7 系列相比，這種結(jié)構(gòu)使 ST 能夠設(shè)計(jì)出靈活高效的架構(gòu)，該架構(gòu)包含大量內(nèi)部存儲(chǔ)器。例如，L1 Cache 現(xiàn)在是 16 KB 的指令和相同數(shù)量的數(shù)據(jù)的四倍大。ST還包括總共1MB的SRAM和2MB的Flash，分別是上一代的三倍和兩倍。然而，STM32H7 并沒有使用單個(gè) SRAM 塊，這只會(huì)使某個(gè)域受益，而是在不同的位置放置了不同的數(shù)量，以使存儲(chǔ)器更加通用。

并發(fā)訪問

STM32H7 中的內(nèi)存集成和連接

D1 域顯然擁有最大數(shù)量的 SRAM。該內(nèi)核共有 192 KB 的 TCM SRAM（64 KB I-TCM，針對(duì)指令進(jìn)行了優(yōu)化，128 KB D-TCM，針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化），作為 L1 緩存的擴(kuò)展。它具有相同的性能，但可尋址。這意味著內(nèi)核可以無延遲地訪問 TCM RAM，開發(fā)人員可以專門放置需要確定性檢索的信息，以執(zhí)行時(shí)間關(guān)鍵的例程。最大的 SRAM 塊 （512 KB） 位于第一個(gè)域中，因?yàn)樗軜?gòu)中計(jì)算最密集的方面。最后，D2 和 D3 通過芯片上的外設(shè)和其他模塊提供對(duì)其 SRAM 的快速訪問。

這種組織具有提供并發(fā)內(nèi)存訪問的巨大優(yōu)勢，這意味著信息可以在不同的域同時(shí)在不同的 SRAM 塊中獲取或存儲(chǔ)，大大提高了架構(gòu)的效率。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榍度胧?MCU 必須經(jīng)常處理計(jì)算密集型任務(wù)，例如運(yùn)行圖形和音頻，同時(shí)與 USB 端口等接口通信，以確保數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)中斷。

優(yōu)化的內(nèi)存和 FPU

STM32H7 系列增強(qiáng)的計(jì)算能力帶來的另一個(gè)重要特性是能夠使用 ECC SRAM 和閃存。與 STM32F7 系列相比，速度提升如此之快，以至于 ST 現(xiàn)在擁有計(jì)算資源來添加糾錯(cuò)功能，并且仍然打破性能記錄。通過提供 ECC，ST 不僅可以確保數(shù)據(jù)完整性，還可以提高閃存中的數(shù)據(jù)保留能力。

另一個(gè)受 ST 客戶需求推動(dòng)的架構(gòu)決策示例是使用雙精度 （FP64） 浮點(diǎn)單元。對(duì)這種流水線的需求可能并不總是很明顯，但一些將從 STM32H7 系列中受益最多的產(chǎn)品需要執(zhí)行 DSP 類型的計(jì)算。例如，監(jiān)控電網(wǎng)并需要計(jì)算快速傅立葉變換算法的嵌入式系統(tǒng)，或運(yùn)行精確 GPS 系統(tǒng)的連接設(shè)備將嚴(yán)重依賴雙精度計(jì)算。

省電功能等等

不可能在一篇博文中提供 STM32H7 系列帶來的所有特性和優(yōu)化的完整列表。我們甚至還沒有談到這種三域架構(gòu)所提供的驚人的功耗優(yōu)化。例如，可以將 D1 和 D2 置于非常低功耗的待機(jī)模式 （7μA），而 D3 繼續(xù)在其 SRAM 中捕獲數(shù)據(jù)，而無需喚醒其他域，從而大大節(jié)省了能源。還有一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的時(shí)鐘控制方案，以確保架構(gòu)的不同部分以不同的速度運(yùn)行，以進(jìn)一步提高 MCU 的效率。

STM32H7 系列還在上一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了 10 個(gè)通信外設(shè)，總共 35 個(gè)，它仍然提供加密和哈希硬件加速，并保持引腳對(duì)引腳以及與 STM32F7 系列的軟件兼容。破紀(jì)錄的 STM32H7 系列現(xiàn)已向特定合作伙伴提供樣品，并將于 2017 年第二季度量產(chǎn)。此時(shí)，ST 將更新 mbed 開發(fā)平臺(tái)，以確保開發(fā)人員能夠充分利用這一開創(chuàng)性架構(gòu)。

審核編輯：郭婷