STM32H7 マイクロコントローラーの機能、開発、データシート

STM32 シリーズは、さまざまな業界における高性能でエネルギー効率の高いマイクロコントローラに対する需要の高まりに応えるために開発されました。 STM32H7 は、ARM Cortex-M コアをベースとした、広く使用されている 32 ビット マイクロコントローラの STM32 ファミリの最も強力なメンバーです。 これらのマイクロコントローラーは、さまざまな組み込みアプリケーションに適した高性能と幅広い機能を提供します。 この記事では、Arm® Cortex®-M7 MCU をすぐに理解できるように、STM32H7 マイクロコントローラーのピン配置、機能、仕様、開発、データシートなどの基本的な概要を説明します。

STM32H7とは何ですか?

STM32H7 デバイスは、最大 480 MHz の速度で動作できる高性能 Arm® Cortex®-M7 32 ビット RISC コアを搭載しています。 このコアには、Arm® 倍精度 (IEEE 754 準拠) および単精度データ処理命令とデータ型をサポートする浮動小数点ユニット (FPU) が含まれています。

STM32H7 デバイスには、アプリケーションのセキュリティを強化するための DSP 命令のフルセットとメモリ保護ユニット (MPU) が装備されています。 これらのデバイスは、2M バイトのデュアルバンク フラッシュ メモリ、最大 1M バイトの RAM (192K バイトの TCM RAM、最大 864K バイトのユーザー SRAM、および 4K バイトのバックアップ SRAM を含む) などの高速組み込みメモリも備えています。 ）。

さらに、STM32H7 デバイスは、APB バス、AHB バス、2x32 ビット マルチ AHB バス マトリクス、および内部および外部メモリ アクセスをサポートするマルチレイヤ AXI インターコネクトに接続された広範な拡張 I/O およびペリフェラルを提供します。 このデバイスには、3 つの ADC、2 つの DAC、2 つの超低電力コンパレータ、低電力 RTC、高分解能タイマー、12 個の汎用 16 ビット タイマー、モーター制御用の 2 つの PWM タイマー、および 5 つの低電力タイマーが含まれます。 タイマー。 また、真の乱数生成器 (RNG) と暗号化アクセラレーション セルも備えています。

さらに、このデバイスは外部シグマデルタ変調器 (DFSDM) 用の 4 つのデジタル フィルターをサポートし、標準および高度な通信インターフェイスを備えています。

STM32H7のピン配置

STM32H7の特長

芯

倍精度 FPU および L1 キャッシュを備えた 32 ビット Arm® Cortex®-M7 コア: 16 K バイトのデータと 16 K バイトの命令キャッシュ。 最大 480 MHz の周波数、MPU、1027 DMIPS/2.14 DMIPS/MHz (Dhrystone 2.1)、および DSP 命令
 

思い出

• 書き込み中読み取りをサポートする 2 MB のフラッシュ メモリ
• 1 MB の RAM: 192 KB の TCM RAM (64 KB の ITCM RAM + タイム クリティカルなルーチン用の 128 KB DTCM RAM を含む)、864 KB のユーザー SRAM、およびバックアップ ドメインの 4 KB の SRAM
• 最大 133 MHz で動作するデュアル モード Quad-SPI メモリ インターフェイス
• 最大 32 ビットのデータ バスを備えた柔軟な外部メモリ コントローラ: SRAM、PSRAM、SDRAM/LPSDR SDRAM、同期モードで最大 100 MHz クロックの NOR/NAND フラッシュ メモリ。
• CRC演算部
   

安全

ROP、PC-ROP、アクティブタンパー、セキュアファームウェアアップグレードサポート、セキュアアクセスモード
 

汎用入出力

割り込み機能を備えた最大 168 個の I/O ポート
 

低消費電力

• 充電機能を備えた VBAT バッテリー動作モード
• CPUおよびドメインの電源状態監視ピン
• スタンバイモードで2.95μA（バックアップSRAMオフ、RTC/LSEオン）
   

デバッグモード

• SWD および JTAG インターフェイス
• 4Kバイトの埋め込みトレースバッファ
   

STM32H7の仕様

STM32H7 CADモデル

STM32H7 の機能ブロック図

STM32H7 電源供給方式

STM32H7 アプリケーション

STM32H7 マイクロコントローラは、さまざまなアプリケーションに適した多用途デバイスです。 ここではいくつかの例を示します。

強化されたユーザー インターフェイス: STM32H7 シリーズは、高性能グラフィックスとユーザー インターフェイス用に最適化されており、Cortex-M7 および Cortex-M4 コアを活用して優れたグラフィック エクスペリエンスを提供します。

予測メンテナンス: 暗号化/ハッシュ プロセッサが統合された STM32H7 デバイスは、セキュア ファームウェア インストールやセキュア ブート - セキュア ファームウェア アップグレードなどのセキュリティ機能をサポートし、新しいアプリケーション コードの安全なインストールを保証します。 そのため、安全で信頼性の高いデータ処理を必要とするアプリケーションに最適です。

セキュリティ アプリケーション: STM32H7 シリーズは ST の不揮発性メモリ (NVM) テクノロジーを利用しており、Cortex-M ベースのマイクロコントローラで業界をリードするベンチマーク スコアを達成しています。 最大 1327 DMIPS/3224 CoreMark が内蔵フラッシュ メモリから実行されるため、高性能で安全なデータ処理を要求するアプリケーションに最適です。

STM32H7: Cortex-M マイクロコントローラー コア ハードウェア開発

Cortex-M コアは STM32H7 ハードウェア開発の中核であり、その処理ユニットとして機能します。

これらのコアは STM32H7 の頭脳として機能し、命令の実行方法を決定します。

基本的に、これらはマイクロコントローラー向けに調整された中央処理装置として機能します。

STM32H7 シリーズには、Cortex-M7 と Cortex-M4 という 2 つの堅牢なコアが搭載されています。

Cortex-M7 コアは、480 MHz で動作する高性能でエネルギー効率の高いコアです。

このコアは、一部のエントリーレベルのコンピューター プロセッサーに匹敵する優れた計算能力を提供します。

同様に、Cortex-M4 コアも強力で効率的なプロセッサであり、最大 240 MHz の速度に達します。

これらのコアにより、STM32H7 は、以前はマイクロコントローラーの範囲を超えていたタスクに取り組むことができます。

たとえば、ドローンを開発するシナリオを考えてみましょう。

単なるドローンではなく、ライブ ビデオ フィードを処理し、複数のモーターを制御し、さまざまなセンサー入力を使用して飛行の安定性を維持する必要があります。

Cortex-M コアの堅牢な処理能力を備えた STM32H7 は、このような要求の厳しいタスクを管理するための十分な機能を備えています。

STM32H7 とハードウェア開発ツール

STM32H7 の機能を最大限に活用するために、開発者はさまざまなハードウェア開発ツールを利用します。 これらのツールには、コーディング、デバッグ、および物理テスト用のボードのプロトタイプ作成のためのソフトウェアが含まれています。

推奨されるソフトウェア オプションの 1 つは、STM32H7 のコード作成とデバッグを簡素化するユーザーフレンドリーなインターフェイスで知られる ST の STM32Cube です。

STM32H7 の実用的なパフォーマンスを評価することを目的とする開発者には、STM32H7 Discovery キットまたは Nucleo H743ZI ボードを強くお勧めします。 これらの開発ボードは、ハードウェアと対話するためのアクセス可能なプラットフォームを提供し、カスタム PCB 設計の必要性を排除します。

たとえば、自律型ロボットを開発している場合は、STM32Cube で制御アルゴリズムを開発およびテストし、Nucleo H743ZI ボードを使用して実際のパフォーマンスを評価してから、STM32H7 をカスタム PCB 設計に統合できます。

基本的に、STM32H7 は、関連ツールとともに、コンセプトから最終製品開発までのシームレスなパスを提供します。

STM32H7 アプリケーション開発

STM32H7 のアプリケーション開発は、その堅牢な機能により幅広い可能性を提供します。

オートメーション システムから家庭用電化製品まで、STM32H7 は幅広いアプリケーションに電力を供給できます。

STM32Cube ソフトウェアは、この開発プロセスにおいて極めて重要な役割を果たします。 コーディング用のプラットフォームを提供するだけでなく、開発プロセスを大幅に加速する多数のライブラリやミドルウェアも提供します。

たとえば、スマート ホーム セキュリティ システムの開発を考えてみましょう。

STM32Cube を利用することで、開発者は画像処理、機械学習、無線通信に既存のライブラリを使用できるため、プロジェクトの初期段階を迅速化できます。

さまざまなセンサーからの入力を処理し、出力をリアルタイムで制御する STM32H7 の能力を考慮すると、スマート セキュリティ システムは、侵入を検出し、スマートフォン経由で住宅所有者に通知し、それに応じてすべてのドアを自動的にロックすることさえ、すべてイベントの瞬間内に行うことができます。

STM32H7 のプログラミング
 

開発ツールとIDE

STM32H7 マイクロコントローラのプログラミングは、Keil、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE などのさまざまな統合開発環境 (IDE) を使用して実行できます。 これらの IDE は、STM32 マイクロコントローラーのコードの作成、コンパイル、デバッグのための包括的なツール セットを提供します。

STM32CubeMX を使用した初期化コード生成

STM32CubeMX は、開発者が STM32 マイクロコントローラーを構成し、初期化コードを迅速に生成できるようにするグラフィカル ツールです。 これは、ピン構成、クロック設定、周辺機器構成のセットアップに役立ち、開発者の初期化プロセスにおける時間と労力を節約します。

HAL (ハードウェア抽象化レイヤー) ライブラリの概要

STMicroelectronics が提供するハードウェア アブストラクション レイヤ (HAL) ライブラリは、STM32 マイクロコントローラのハードウェア ペリフェラルと対話するための高レベルのインターフェイスを提供します。 HAL ライブラリは、GPIO、UART、SPI、I2C などのペリフェラルにアクセスして制御するためのコードを作成するプロセスを簡素化し、開発者が STM32 マイクロコントローラを操作しやすくします。

STM32H7の利点

STM32H7 マイクロコントローラーは、2 つのコアを柔軟に使用できるため、開発者によるアプリケーションのアップグレードを簡素化します。 開発者はレガシー コードを STM32H7 Cortex-M4 に移行し、Cortex-M7 上で新しい GUI を実行できるため、モーター ドライブなど、以前はシングルコア Cortex-M4 MCU で実行されていたアプリケーションに洗練されたユーザー インターフェイスを追加できます。 デュアルコア アーキテクチャにより、コード開発が簡素化されます。

セキュリティのために、MCU にはプリインストールされたキーと、セキュア ファームウェア インストール (SFI) を含むネイティブの安全なサービスが付属しています。これにより、顧客は世界中のどこからでも標準製品を注文でき、暗号化されていないコードを公開することなく、暗号化されたファームウェアを外部プログラミング会社に提供できます。 。 無線 (OTA) アップグレードとパッチは、セキュア ブートおよびセキュア ファームウェア アップデート (SB-SFU) の組み込みサポートによって安全に保護されます。

この MCU は、安全性を高めるためのすべてのフラッシュおよび RAM のエラー コード修正 (ECC)、複数の高度な 16 ビット アナログ - デジタル コンバータ (ADC)、および最大 125°C の外部周囲温度に耐える機能などの高度な機能を提供します。 、過酷な環境での動作に適しています。 複数の FD-CAN コントローラとイーサネット コントローラが通信ゲートウェイ機能を提供します。 最新の高分解能タイマーは、正確な波形の生成に役立ちます。

開発のために、ST は、TouchGFX および STemWin グラフィカル スタック ライブラリに基づくグラフィカル ソリューションを含むアプリケーション ソース コードを含む STM32CubeH7 ファームウェア モジュールを追加することにより、STM32Cube エコシステムを拡張しました。 新しい評価ボード、ディスカバリーボード、および Nucleo ボードも利用可能です。 開発者は、ST-MC-SUITE モーター制御ツールキット、STM32Cube-AI 機械学習ツールキット、STM32CubeMX、STM32CubeProgrammer、STM32 の認定パートナー ソリューションなど、STM32Cube 開発環境のすべての標準要素から恩恵を受けることができます。

STM32H7パッケージ

STM32H7 パッケージの推奨フットプリント

STM32H7 マーキング例

STM32H7メーカー

STMicroelectronics は、幅広い半導体製品で知られるエレクトロニクス業界の大手メーカーです。 その注目すべき製品の 1 つは、高性能と高度な機能を提供する STM32H7 マイクロコントローラー シリーズです。 STMicroelectronics は、その革新的な技術と信頼性の高い製品で知られており、多くの電子アプリケーションで選ばれています。 STM32H7 シリーズは、その汎用性と性能により、自動車、産業用、民生用電子機器を含むさまざまな業界で広く使用されています。

STM32H7 データシート

STM32H7 データシート PDF をダウンロードします。

STM32H7 開発ボードおよびディスカバリー キット

1. STM32H743ZI MCU を搭載した STM32 Nucleo-144 開発ボード: この開発ボードは、STM32H743ZI マイクロコントローラーを使用して新しいコンセプトを試したりプロトタイプを構築したりするための、手頃な価格で柔軟なプラットフォームを提供します。 初心者にも経験豊富なユーザーにも同様に適しており、特殊なアプリケーション ハードウェア ボードによるさまざまな周辺機器と拡張性オプションを提供します。
2. STM32H7B3I-DK Discovery Kit: Discovery Kit は、STM32H7 シリーズ用のハイエンド開発プラットフォームです。 Arm Cortex-M7およびCortex-M4デュアルコアプロセッサを搭載したSTM32H7B3Iマイクロコントローラを搭載しています。 このキットには、周辺機器、ユーザー ボタン、OLED カラー ディスプレイなどが豊富に含まれており、高性能の組み込みアプリケーション開発に最適です。
3. STM32H735G-DK Discovery Kit: このキットは、開発者向けの包括的なツールとなるように設計されており、STM32H735IGK6 マイクロコントローラーの全範囲のペリフェラルへのアクセスを提供します。 アプリケーションの評価と開発を容易にする幅広い機能を提供します。
4. STM32H745I-DISCO Discovery Kits: これらのキットは、STM32H745XI マイクロコントローラーの完全なデモンストレーションおよび開発プラットフォームとして機能します。 フルスピード USB、ギガビット イーサネット ポート、ステレオ オーディオ入出力、カメラ サポートなどを備えています。 このキットは、包括的な開発とテストのための手頃な価格の柔軟なプラットフォームを提供します。
5. STM32H747I-DISCO Discovery Kit: このキットは、アプリケーションの開発と共有のためのあらゆる機能を提供します。 これには、STM32H747XI マイクロコントローラ、4 インチ静電容量式タッチ LCD、イーサネット接続などが含まれています。STM32H7 マイクロコントローラのパワーとパフォーマンスを活用するアプリケーションの迅速な開発が可能になります。
6. STM32H750B-DK Discovery Kit: このキットは、STM32H750 シリーズ マイクロコントローラの機能を探索するための包括的なツールです。 これには、組み込み STLINK デバッガ/プログラマ、ステータス LED、ユーザー入力プッシュ ボタン、USB OTG HS コネクタ、イーサネット接続などが含まれます。 開発者は、ユーザーフレンドリーな環境で STM32H750 を使用してアプリケーションをテストし、プロトタイプを作成できます。

結論

STM32H7 MCU は、マイクロコントローラーと高性能マイクロプロセッサーの間の境界線を曖昧にしており、入手可能な中で最も高速かつ最先端のマイクロコントローラーの 1 つとして際立っています。 統合が鍵となるテクノロジー主導の世界では、STM32H7 のようなマイクロコントローラーがエキサイティングなイノベーションを可能にしています。

単純なタスクの時代は終わりました。 今日のマイクロコントローラーは、自動運転車からスマートファクトリーに至るまで、複雑なシステムの中核です。 強力な Cortex-M コアと多用途のハードウェアおよびアプリケーション開発ツールを備えた STM32H7 は、この進化の最前線にあります。

STM32H7 は多くの製品にとって過剰かもしれませんが、高い処理速度を必要とする製品にとっては優れた選択肢です。 カスタム マイクロプロセッサ設計よりも実装が簡単で、さまざまなアプリケーションにとって素晴らしいソリューションになります。

STM32H7 は単なる強力なマイクロコントローラーではありません。 それはイノベーションの触媒となり、ハードウェアとアプリケーション開発の限界を押し広げます。 その影響力は世界中で認識されています。