性能与功耗的极限挑战—STM32F4微处理器

    现代微处理器面临的挑战和发展趋势可以简要地归纳为：成本优化、性能提高和易于使用。

    2013年9月12日，意法半导体（ST）于北京发布了搭载Cortex™-M4处理器内核的STM32 F4产品家族新成员：STM32F401，STM32F429/439。

    ST的这两款新产品在一定程度上突破该产品系列在功耗与性能平衡上的先前水平。

    就当前微处理器的发展趋势来说。首先，微处理器成本和系统综合成本的持续下降，使它们得以被用于成本敏感型的应用。其次，仅仅依靠内核的计算能力，已经不能满足系统对MCU性能的要求——因此，改进系统结构和片上外设已经成为提高微处理器性能的关键措施。第三，减少客户的开发工作非常重要，因为各公司在开始新电子产品设计或进行研发时，都需要尽可能有效地利用资源。

不断发展的意法半导体

    ST成立于1987年6月，由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。

    该公司主要涉及通信、消费、计算机、汽车、工业行业，是业内半导体产品线最广的厂商之一。从分立二极管与晶体管到复杂的片上系统SoC器件，再到包括参考设计、应用软件、制造工具与规范的完整的平台解决方案，其主要产品类型有3000多种。

    ST推出的高性能微控制器STM32F4系列基于Cortex™-M4内核，采用了90纳米的NVM工艺和ART（自适应实时存储器加速器）。ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，将Cortext-M4的性能发挥到了极致。

    对于当前绝大多数行业的生产厂商而言，性能与成本的取舍问题永远是无法回避的。微处理器也不例外，甚至于更加突出。厂商在生产时，不仅要考虑性能，成本，还要考虑其适用范围，客户接受程度等等一系列因素。

    ST微控制器全球市场总监Daniel Colonna表示，“此次推出的STM32F401，STM32F429/439两个产品突破了之前F4系列的极限，拓宽了STM32 F4的产品组合。STM32F401在性能、功耗、集成度、成本之间达到了最佳均衡；STM32F429/439则是可以提供更多资源，功能以及更高的性能，能够适用于更多领域。”

意法半导体微控制器全球市场总监Daniel COLONNA

    下面我们可以看看一些STM32F401与STM32F429/439的详细信息。

STM32F401:传感器中央控制器(Sensor hub)

    STM32F401是意法半导体基于Cortex™-M4 32位/DSP内核的STM32F4系列高性能微控制器的入门级产品。其运行频率低于其它STM32F4微控制器，但在性能、功耗和集成度之间取得均衡，以105DMIPS（84MHz）、137µA/MHz工作电流、11µA典型停止电流、丰富的集成功能领先于同级产品。

    STM32F401运用意法半导体独有的自适应实时（ART）加速器，实现从256KB片上闪存执行代码零等待状态。

    从产品定位来看，STM32F401主要适用于智能手机，平板电脑，可穿戴设备等对功耗要求比较高的设备，既可以满足其功耗要求，又可以使其性能得到保证。

    现在的主流趋势是采用一个独立的微控制器，处理所有传感器的算法和运动检测，这也是STM32F401的一个主要应用。

    使用了STM32F401的产品，可以不通过CPU控制外设传感器，比如加速度计，陀螺仪，压力传感器，传声器，模拟传感器等，而是直接通过STM32F401进行控制。由于STM32F401功耗远低于CPU，所以能够在一定程度上降低产品的功耗，这也正是其被称之为传感器中央处理器（Sensor hub)的原因所在,与苹果最近推出的iPhone5s 的 M7协处理器功能相同。

STM32F429/439：超高性能微处理器

    STM32F429/439内置DSP和FPU的超高性能微处理器。集成了意法半导体的Chrom-ART Accelerator™图形加速器，可提高TFT液晶屏幕或显示器并口的图形处理速度，通过降低Cortex-M4 内核的负荷，以软件2倍的处理速度执行像素格式转换等运算，使图形功能更丰富，应用性能更强。所采用的ST90nm工艺和电压调节技术降低了停止模式的电流消耗，可延长便携应用的电池寿命。

    此外，还拥有多项新功能，如TFT-LCD控制器、加快图形处理性能的ST Chrom-ART Accelerator和SDRAM存储器接口，让智能电表、小家电、工业设备及医疗设备等应用的图形用户界面拥有更丰富、更绚丽的内容以及更直观的操作特性。

    STM32F429/439 专为高集成度和高性能的医疗、工业和消费电子设计，同时内嵌大容量存储器和多种外设。

    结合ST之前的STM32F4产品线，我们可以看出，两者都采用了比较高的集成度，在成本的控制方面做的很好。

     不同点在于，STM32F401偏向于功耗控制，试图在功耗与性能之间找到最佳平衡点，以图使产品既满足其性能要求，又满足功耗要求。对于当前极速发展的便携式设备，尤其是智能穿戴设备来说，这样的切入点是非常的合适的。

    而STM32F429/439则更偏向于性能。在同等成本的前提下，STM32F429/439能够提供更高的性能，更多的资源，更多的功能，满足客户更高的需求。在功耗方面没有过多控制，仅仅比之前产品低，远没有达到低功耗的程度。

    “我们会从功耗、成本、性能方面考虑，在产品设计的初期，就已经定位了适用的客户。” ST大中华与亚太区微控制器市场及应用总监James WIART说，“比如之前的F0系列，我们追求更低的成本以满足那些对于成本要求较高，但性能要求较少的客户。F0的性能差不多是最低的性能。”

ST大中华与亚太区微控制器市场及应用总监James WIART

    但是相对于其他厂商的同类型产品来说，STM32F401和STM32F429/439在成本与性能方面能有多少优势还未可知。

    而且对于客户来说，当他选择产品时，价格不是唯一选择因素。今天的客户不仅仅关心这个产品是多少钱，也关系他需要用多少成本去开发这个产品，需要花多少钱去买技术支持，花多长时间去熟悉这个产品，当升级的时候是不是要重新改设计，这是与整个产品的生态系统息息相关的。

    毕竟，生态系统很大程度上决定了一个产品的成败。

    “对ST来讲，我们有很好的工艺，确保我们的产品定在合理的范围内，随着时间的推移，随着客户量的增加，我们有能力、有空间去改善我们成本的结构，为客户提供更加丰富的生态系统。” James WIART说，“在未来，我们将有新的产品跟你们见面，拥有更高性能更低功耗更低成本。”