Современная электроника №8/2025

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 56 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 дительности, а также позволяют сни- зить энергопотребление в активном режиме, уменьшить размер программ- ного кода и ускорить разработку ПО. Снижение энергопотребления в 32-разрядных ARM-микроконтроллерах происходит за счёт следующих факто- ров. ● Повышение эффективности доступа к памяти. Использование 32-разряд- ной шины уменьшает число требу- емых циклов обращения к памяти (в 4 раза меньше, чем у 8-разряд- ных). ● Уменьшение рабочей частоты. Вы- сокая производительность ARM-ядра позволяет организовать работу на более низкой тактовой частоте. При- мер: приложение с рабочей часто- той 30 МГц на 8-разрядном CISC-ядре 8051 реализуется также на 32-раз- рядном ARM-процессоре с частотой 3 МГц при той же производительно- сти вычислений. ● Уменьшение количества активных циклов. ARM-микроконтроллеры имеют намного более высокую про- изводительность по сравнению с 8- и 16-разрядными. Поэтому есть возможность завершить задачу и перейти в дежурный режим с по- ниженным энергопотреблением намного быстрее, что снижает об- щее число активных циклов в ПО. Третья причина – продукты на осно- ве ARM-процессора обеспечивают широкий выбор периферии, произ- водительности, объёма памяти, типа корпусов и в итоге помогают оптими- зировать стоимость конечного продук- та. Кроме того, микроконтроллеры на базе ARM-ядра Cortex M имеют ряд функций, позволяющих их исполь- зовать в различных сферах примене- ний: беспроводные сенсорные сети, IoT-системы, медицинское оборудо- вание, беспилотные системы. Цена на ARM-микроконтроллеры значительно (примерно в 3 раза) сни- зилась за последние 8 лет, и на рын- ке появляется всё больше недорогих и даже бесплатных инструментов раз- работки и отладки. Программный код, разработан- ный для ARM-процессоров, можно использовать в течение ряда лет для микроконтроллеров других постав- щиков. Это обусловливает лёгкость портирования приложений с одно- го МК, содержащего ARM-ядро, на МК другого поставщика. Портирова- ние осуществляется с помощью стан- дарта Cortex Microcontroller Software Interface Standart (CMSIS). Этот интер- фейс включён в библиотеки драйверов устройств МК почти всех производи- телей и обеспечивает программный доступ к функциям и регистрам ядра. Это позволяет осуществлять поддерж- ку встраиваемых ОС, а также компиля- торов различных поставщиков. Разработка прикладного ПО для МК на базе АРМ Cortex-M значительно про- ще, чем для 8- и 16-разрядных струк- тур. Ядро Cortex-M полностью про- граммируется на языке С, содержит различные функции отладки, помо- гающие обнаружить в коде ошиб- ки. В Интернете существует большое количество примеров и руководств, а также доступны недорогие старто- вые наборы для начинающих разра- ботчиков. Поскольку ARM-архитектура полу- чила широкое распространение, ста- новится всё проще найти программи- ста-разработчика для ARM-архитектур, чем для других. В России НПО «Миландр» серийно производит отечественный аналог ряда STM32F103x. Это устройства серии 1986ВЕ9x, кото- рые являются микроконтроллерами со встроенной Flash-памятью программ и построены на базе высокопроизво- дительного процессорного RISC-ядра ARM Cortex-M3 (производительность – 1,25 DMIPS/МГц при нулевой задержке между обращениями к памяти). Мак- симальная тактовая частота работы МК – 80 МГц. Готовятся к выпуску и другие модели отечественного про- изводства. Функциональная схема АРМ микроконтроллера Типовая функциональная схема микроконтроллера ряда STM32 показа- на на рис. 4 (на примере STM32F303x). Процессор В микроконтроллерах, начиная с STM32F3ххх и выше, используется ядро ARM Cortex-M4 . Оно интегри- рует 32-битное ЦПУ, шинную струк- туру, блок вложенных прерываний, отладочную систему и предопределён- ную организацию памяти. Особенно- сти функционирования ядра: ● поддерживает фрагментированные данные (Unaligned Data); ● имеет несколько шин, позволяющих выполнять операции параллельно; ● поддерживает контроллер векто- ризованных вложенных прерыва- ний (КВВП). Максимальная тактовая частота процессора составляет 72 МГц. Память Адресное пространство микрокон- троллера организовано в виде линей- ного пространства. Некоторые обла- сти памяти: ● флеш-память – начинается с адре- са 0x00000000, в этой области хра- нятся коды программ пользовате- ля и системная информация. Объём 256 Кбайт; ● оперативная память (SRAM) – имеет начальный адрес 0x20000000. Объ- ём 40 Кбайт; ● специальные регистры (CCM RAM) – находятся в памяти, начиная с адре- са 0xE0000000. Объём 8 Кбайт. Периферия В микроконтроллере интегрирова- ны: ● четыре 12-битных АЦП на 16 вход- ных каналов каждый (скорость пре- образования – до 12 МГц); ● два 12-битных ЦАП; ● два DMA-контроллера на 7 и 5 ка- налов соответственно с поддержкой режимов «периферия-память», «па- мять-периферия», «память-память»; ● 17 таймеров (16 и 32 разряда). Интерфейсы В микроконтроллере также реализо- ваны следующие интерфейсы: ● I 2 C-интерфейс – два модуля, каж- дый может работать в режиме «ве- дущий» (Master) или «ведомый» (Slave). Доступны стандартные ско- рости передачи данных до 100 кГц и быстрая передача на частотах до 400 кГц; ● SPI-интерфейс – три модуля, каждый может работать в режиме Master или Slave, поддерживать полноду- плексную, полудуплексную и сим- плексную передачи данных; ● USART (ISO 7816, LIN, IrDA) – 5 мо- дулей, обеспечивает асинхронную коммуникацию; ● CAN-интерфейс. Соответствует спец- ификации 2.0 B (активный) со скоро- стью передачи данных до 1 Мбит/с; ● USB-интерфейс – 2.0 FS; ● 7 компараторов; ● четыре усилителя с программиру- емым коэффициентом усиления (PGA);