ESP32 と STM32 の究極ガイド

組み込みシステムの動的な領域では、マイクロコントローラー間の決定がプロジェクトの成功を決定する上で極めて重要な役割を果たします。 ESP32 と STM32 は、独特の機能を備えた有力な候補として浮上しています。 どちらも 32 ビット単位を使用しているにもかかわらず、それらの関係、パフォーマンスの違い、および特定の側面においてどちらが優れているかについて疑問が生じます。 この記事では、機能の比較、Arduino、利点と欠点、その他の詳細を含む、ESP32 および STM32 マイクロコントローラーの包括的な比較ガイドを提供します。

ESP32の概要

ESP32 は、統合された Wi-Fi およびデュアルモード Bluetooth 機能を備えた、コスト効率とエネルギー効率に優れたシステムオンチップ マイクロコントローラーです。 ESP32 シリーズでは、Xtensa LX7 デュアルコア マイクロプロセッサまたはシングルコア RISC-V マイクロプロセッサとともに、デュアルコアとシングルコアの両方のバリエーションで利用可能な Tensilica Xtensa LX6 マイクロプロセッサが使用されています。 これらのマイクロコントローラーには、内蔵アンテナ スイッチ、RF バラン、パワー アンプ、低ノイズ受信アンプ、フィルター、電源管理モジュールなどの重要なコンポーネントが含まれています。 上海に本拠を置く中国企業 Espressif Systems が開発した ESP32 は、TSMC によって 40 nm プロセスを利用して製造され、ESP8266 マイクロコントローラーの後継として機能します。

STM32の概要

STM32 は、32 ビット RISC ARM Cortex-M3 3F、Cortex-M7F、Cortex-M4F、Cortex-M3、Cortex-M0+、および Cortex-M0 コアをルートとするマイクロコントローラー IC のコレクションを表します。 STMicroelectronics は、ARM Holdings からのライセンスに基づいて ARM プロセッサ IP を調達します。 ARM コア デザインには多くの構成可能なオプションが付属しており、ST は各デザインの構成をカスタマイズします。 ST は、設計をシリコン ダイに変換する前に、ペリフェラルをコアに組み込みます。 次の表は、さまざまな STM32 マイクロコントローラー ファミリの簡潔な概要を示しています。

ESP32 と STM32: 特徴
 

ESP32の特徴

ESP32 には次の機能が含まれています。

プロセッサ:

• CPU: Xtensa デュアルコア (またはシングルコア) 32 ビット LX6 マイクロプロセッサ、160 または 240 MHz で動作し、最大 600 DMIPS に達するパフォーマンス。
• 超低電力 (ULP) コプロセッサ。
• メモリ: 320 KiB RAM、448 KiB ROM。

ワイヤレス接続:

• Wi-Fi: 802.11 b/g/n。
• Bluetooth: v4.2 BR/EDR および BLE (無線を Wi-Fi と共有)。

周辺機器インターフェース:

• 34 × プログラム可能な GPIO。
• 最大 18 チャネルをサポートする 12 ビット SAR ADC。
• 8ビットDAC×2。
• 10 × タッチ センサー (容量性センシング GPIO)。
• 4×SPI。
• 2 × I²S インターフェイス。
• 2 × I²C インターフェイス。
• 3×UART。
• SD/SDIO/CE-ATA/MMC/eMMC ホスト コントローラー。
• SDIO/SPIスレーブコントローラー。
• 専用 DMA を備えたイーサネット MAC インターフェイスと、IEEE 1588 Precision Time Protocol のサポートが予定されています。
• CANバス2.0。
• 赤外線リモコン（TX/RX、最大8チャンネル対応）。
• モーターのPWM。
• LED PWM (最大 16 チャンネル)。
• ホール効果センサー。
• 超低消費電力のアナログプリアンプ。

STM32の特徴

STM32 F4 には次の機能があります。

芯：

最大クロックレート 84 / 100 / 168 / 180 MHz の ARM Cortex-M4F コア。

メモリ：

• スタティック RAM には、最大 192 KB の汎用、64 KB のコア結合メモリ (CCM)、4 KB のバッテリバックアップ、および改ざん検出消去機能付きの 80 バイトのバッテリバックアップが含まれます。
• フラッシュは、512 / 1024 / 2048 KB の汎用バイト、30 KB のシステム ブート、512 バイトのワンタイム プログラマブル (OTP)、および 16 のオプション バイトで構成されます。
  各チップには、工場でプログラムされた 96 ビットの一意のデバイス識別番号が装備されています。

周辺機器:

• すべての IC パッケージに含まれる共通ペリフェラルには、USB 2.0 OTG HS および FS、2 つの CAN 2.0B、1 つの SPI + 2 つの SPI または全二重 I²S、3 つの I²C、4 つの USART、2 つの UART、SD/MMC カード用の SDIO、12 の 16- ビット タイマー、2 つの 32 ビット タイマー、2 つのウォッチドッグ タイマー、温度センサー、3 つの ADC への 16 または 24 チャネル、2 つの DAC、51 ～ 140 の GPIO、16 の DMA、改良されたリアルタイム クロック (RTC)、巡回冗長検査 (CRC) エンジン、および乱数生成器 (RNG) エンジン。 より大きな IC パッケージには、8/16 ビットの外部メモリ バス機能が組み込まれています。
  STM32F4x7 モデルには、イーサネット MAC およびカメラ インターフェイスが導入されています。
• STM32F41x/43x モデルには、DES / TDES / AES 用の暗号化プロセッサと、SHA-1 および MD5 用のハッシュ プロセッサが統合されています。
  STM32F4x9 モデルは、LCD-TFT コントローラを備えています。

オシレーター:

内部発振器には 16 MHz と 32 kHz が含まれており、オプションの外部発振器の範囲は 4 ～ 26 MHz および 32.768 ～ 1000 kHz です。

ICパッケージ:

WLCSP64、LQFP64、LQFP100、LQFP144、LQFP176、UFBGA176。 STM32F429/439 は、LQFP208 および UFBGA216 も提供します。

動作電圧範囲は 1.8 ～ 3.6 ボルトです。

ESP32 対 STM32: Arduino

ループを 100 万回実行し、各マイクロコントローラーがそのような操作に費やしたミリ秒を調べます。 提供された表は、Arduino Uno がタスクを 4.920 ミリ秒で完了したのに対し、ESP32 はわずか 164 ミリ秒で完了したことを示しています。

ESP32 と STM32: 利点と欠点
 

ESP32 の長所と短所

利点

• 汎用性: モノのインターネット (IoT) で優れたパフォーマンスを発揮し、有効性とコスト効率のバランスを確保します。
• コスト効率: ESP32 は、印象的なパフォーマンスを実現しながら、全体の開発コストを低く抑える能力で際立っています。
• Arduino の互換性: Arduino のサポートによりプログラミングの複雑さが軽減され、回復力のあるオープンソース コミュニティにより開発プロセスが迅速化されます。
• Bluetooth および Wi-Fi の統合: Bluetooth および Wi-Fi モジュールを組み込むことで、追加のコンポーネントが不要になり、コスト削減につながります。
• デュアルコア処理: デュアルコア プロセッサを搭載した ESP32 は、マルチスレッドのリアルタイム処理を容易にし、システム パフォーマンスと応答性の両方を向上させます。
• 高いメイン周波数: 最大 240MHz のメイン周波数で動作するため、より迅速な処理とコンピューティング能力の向上が可能になります。
  ハードウェア デバッグの利便性: ハードウェア レベルでのデバッグは非常に簡単で、開発手順全体が合理化されます。

短所

• 制限されたピン数: ESP32 には制限されたピンが搭載されているため、広範な IO ポートを必要とするプロジェクトにはあまり適していません。
• 困難なデバッグ ツール チェーン: デバッグ ツールチェーンは複雑であり、コマンド ライン ツールとコンパイル手順についての深い理解を必要とします。
• コンパイル時間の延長: コンパイル プロセスは、特定の代替ソリューションよりも遅くなります。
• デバッグの複雑さ: デバッグは複雑になる傾向があり、ソフトウェア ブレークポイントに関連する制約が存在します。

STM32 の長所と短所

利点

• 幅広い用途：産業分野で優れた性能を発揮し、高い信頼性を確保します。
• 多様な通信インターフェイス: STM32 は、さまざまな通信要件に対応するための一連の通信インターフェイス (USART、I2C、SPI、CAN、イーサネット) を提供します。
• 豊富な GPIO: 多数の GPIO ポートを備えており、複数の周辺機器やデバイスの管理に最適です。
• 包括的なタイマーおよび割り込みシステム: STM32 は、複雑なロジック制御をサポートする広範なタイマーおよび割り込みシステムを備えています。
  マルチチャンネル ADC および DAC 機能: マルチチャンネル ADC および DAC 機能を提供し、センサー データとアナログ出力に対応することで、複雑なシステム制御を容易にします。
• RTOS サポート: FreeRTOS や RT-Thread などのリアルタイム オペレーティング システムを実行できるため、複雑なシステム制御の管理に適しています。
• さまざまな周辺機器インターフェイス: SD カード、LCD スクリーン、カメラ、USB 機能を含むその他の周辺機器の接続をサポートします。

短所

• コストの高騰: STM32 の価格が上昇しており、その結果、全体的なコストが上昇しています。
• 急峻な学習曲線: STM32 の使用を開始することは比較的困難であり、学習曲線は急峻です。
• ハードウェア デバッグ費用の上昇: デバッグ ツールチェーンは簡単ですが、ハードウェア デバッグに関連するコストが高くなる可能性があります。
• コンパイルと書き込みの効率: コンパイルと書き込みの効率は比較的最適ではありません。
   

IoT の時代において、ESP32 は、特に費用対効果と機能の点で顕著な利点を備えています。 一方、STM32 は従来の組み込みシステムにおいて堅牢な存在感を維持しており、高いパフォーマンスと複雑な制御を必要とするプロジェクトに特に効果的であることが証明されています。 アプリケーションの特定の要件は、マイクロコントローラーの選択、プロジェクトの複雑さ、開発者の経験レベルをガイドする必要があります。

ESP32 と STM32: どちらが優れていますか?

ESP32 と STM32 の比較表

ESP32 が学生に適している理由
 

1. 費用対効果

手頃な価格: ESP32 は費用対効果が高いため、予算の制約に直面している学生グループにとって理想的な選択肢となります。
パフォーマンス: ESP32 は経済的な価格にもかかわらず、競争力のあるパフォーマンスを提供し、組み込み開発を学習するための強力でありながら予算に優しいプラットフォームを学生に提供します。

2. 幅広い応用シナリオ

IoT への重点: ESP32 は IoT と Wi-Fi 制御に特化しているため、過度の複雑さを招くことなく関連テクノロジーを優先し、学生の利用を簡素化します。
学習への適合性: 対象となるアプリケーション シナリオは教育目標と密接に一致しており、学生が IoT の概念をより効果的に理解できるようになります。

3. ツールチェーンの完全性

Arduino IDE のサポート: ESP32 と Arduino IDE の互換性により、学生の参入障壁が軽減され、学習プロセスが合理化されます。
合理化された開発: STM32 は幅広い開発環境を提供しますが、ESP32 の Arduino サポートは、学生に簡素化された初心者に優しいアプローチを提供します。

4. 開発者コミュニティ

豊富なリソース: STM32 ほど広範囲ではありませんが、ESP32 コミュニティは急速に拡大し、学生の問い合わせのための貴重なリソースとフォーラムを提供しています。
教育リソース: 豊富なオンライン チュートリアルと学習教材は、学生のサポート的な学習環境に貢献します。

5. 信頼性と安定性

学習の重視: STM32 は信頼性において優れているかもしれませんが、ESP32 の信頼性は学習フェーズには十分であると考えられており、不必要な複雑さを導入することなく中心概念に集中します。
最適な学習環境: 信頼性と複雑さのバランスが取れたブレンドにより、生徒にとって理想的な学習環境が確保され、不必要な課題が回避されます。

6. 周辺機器のサポート

学習に十分: ESP32 の周辺サポートは、STM32 ほど広範囲ではありませんが、入門および中級レベルの学習シナリオには十分であることが証明されています。
IoT 関連性: IoT アプリケーションに関連する周辺機器とインターフェイスの強調は、教育の焦点と一致しています。

7. 互換性

柔軟な学習: ESP32 のハードウェア互換性は、STM32 ほど拡張的ではありませんが、教育目的に十分な柔軟性を提供します。
学習目標の調整: 狭められた互換性の範囲は学習目標に合わせて調整され、生徒にとって不必要な複雑さを防ぎます。

8. ADC/DACの精度

学習の精度: STM32 はより高い ADC/DAC 精度を提供しますが、ESP32 の機能はほとんどの学生のプロジェクトや学習目標に適しています。
複雑さのバランスをとる: 高度な機能で学生を圧倒することなく、重要な機能のバランスをとることに重点が置かれています。

9. デジタル信号処理とタイマー

学習の基礎: これらの分野における ESP32 の機能は、学生にデジタル信号処理とタイミングの基礎的な理解を提供します。
漸進的な学習: これらの点では STM32 ほど高度ではありませんが、学習の複雑さを段階的に進めることができます。
 

ESP32 が学生グループに適していることは、その費用対効果、簡素化された学習環境、IoT に重点を置いた教育目標との整合性によって強調されます。 さまざまなアプリケーション シナリオにおいて STM32 に取って代わることはできないかもしれませんが、学生が組み込み開発の概念を理解し、学習を進めるにつれてより高度なマイクロコントローラーを徐々に探索するのに理想的なプラットフォームです。 ESP32 と STM32 のどちらを選択するかは、特定の学習目標、アプリケーション シナリオ、およびインストラクターが採用する教育アプローチによって異なります。

ESP32 は STM32 を置き換えることができますか?

ESP32 と STM32 を徹底的に比較すると、特に代替において、ESP32 が STM32 と同等またはそれを上回る機能を強化する必要がある領域が明らかになります。 改善が必要な主な領域は次のとおりです。

1. 多様な製品ライン:

電流制限: ESP32 の製品ラインは比較的限られており、STM32 に見られる多様性がありません。
推奨事項: さまざまなアプリケーションのニーズに対応するために、ESP32 は製品ラインを拡張し、低消費電力、高性能、国境を越えたアプリケーションをカバーするモデルを導入する必要があります。

2. 情報とソースコードの入手可能性:

現在の制限: STM32 は、豊富な高品質の情報とソース コードの恩恵を受け、強力な開発者サポートを提供します。
推奨事項: ESP32 は、ドキュメント作成の取り組みを強化し、詳細なヘルプ資料を提供し、中国語リソースの利用可能性を高めるために中国語コミュニティと積極的に関与する必要があります。

3. 包括的なツールチェーン:

現在の制限: CubeMX を含む STM32 のツールチェーンは強力なので、開発の敷居が低くなります。
推奨事項: ESP32 は、CubeMX に似た構成ツールを含む、より包括的なツールチェーンを開発し、統合開発環境 (IDE) を最適化し、全体的な開発エクスペリエンスを向上させるサードパーティのライブラリ マネージャーを導入する必要があります。

4. 堅牢なソフトウェア エコシステム:

現在の制限: ESP32 のソフトウェア エコシステムには、さまざまなドライバー、ライブラリ ファイル、多様なアプリケーションをサポートするツールなどの強化が必要です。
推奨事項: より充実したソフトウェア エコシステムを確立することが重要であり、STM32Cube に似た統合ソフトウェアおよびハードウェア開発ツールを組み込んで開発プロセス全体を簡素化します。

5. パフォーマンスと消費電力のバランス:

電流制限: ESP32 はコストパフォーマンスに優れていますが、特に低電力アプリケーションでは、パフォーマンスと消費電力のより良いバランスを達成することが不可欠です。
推奨事項: ESP32 は、特に低電力の使用例において、パフォーマンスを損なうことなく電力効率を向上させ、STM32 との競争力を高める必要があります。

6. 安定性と互換性:

現在の制限: ESP32 は、ツールチェーンのバージョンのアップグレード、互換性の問題、安定性の問題に関連する課題に直面しています。
推奨事項: ツールチェーンのバージョンをアップグレードする際は、互換性と安定性を優先することが重要です。 開発者がスムーズに移行できるようにすることで、ESP32 プラットフォームへの信頼が高まります。
 

ESP32 では、アプリケーションの多様なニーズに効果的に応えるために、ハードウェア製品ライン、ソフトウェア エコシステム、開発ツール チェーンなどの包括的な改善が必要です。 特定の分野で STM32 の代替となる可能性があるものとして ESP32 を検討する前に、これらの機能強化を実現することが重要です。

結論

マイクロコントローラーの分野では、ESP32 と STM32 を選択するには、さまざまな要素を慎重に検討する必要があります。 この比較分析では、ESP32 が、拡大するモノのインターネット (IoT) 環境に合わせて特別に調整された、費用対効果が高く有力な候補であることが強調されています。 その魅力は手頃な価格、Arduino 互換性、統合された Bluetooth/Wi-Fi 機能にあり、IoT アプリケーションに焦点を当てた学生やプロジェクトにとって魅力的な選択肢となっています。 逆に、STM32 は産業環境での優位性を確立し、堅牢な一連の通信インターフェイス、GPIO、および高度な機能を示しています。 コストの高騰と学習曲線の急峻にもかかわらず、STM32 はその信頼性と安定性で際立っており、厳しい要件を持つプロジェクトに対応します。