Семейства STM32: как выбрать

Как читать таблицы

Числа посчитаны по записям открытой базы ST, по которой построен атлас: частота — наибольшая у микроконтроллеров семейства, флеш и ОЗУ — от самого маленького исполнения до самого большого (ОЗУ — суммарный объём, как его записывает база), питание — диапазоны VDD из записей, страниц — сколько в атласе сочетаний микроконтроллера и корпуса. Если в записях значения нет, оно взято из даташита, на который ссылается страница семейства, и в ячейке стоит пометка с даташитом.

Три случая, где база и документы расходятся. У STM32F4 и F7 в записях базы у части исполнений нижняя граница питания 1,7 В, а reference manual RM0090 (разд. 5.1) и RM0385 (разд. 4.1) называют 1,8–3,6 В; при каких условиях допустимо 1,7 В, сказано в даташите конкретного исполнения. У STM32H5 в записях H562, H563 и H573 указано 1,62–3,6 В, а даташиты DS14258 и DS14053 дают 1,71–3,6 В — в таблице значение даташитов.

Периферия в столбце «Чем выделяется» — только та, что отличает семейство или его линейки; USART, SPI, I²C, АЦП и таймеры есть везде. Блок без перечня линеек есть у всех линеек семейства, с перечнем — только у названных. Для четырёх семейств есть и страницы регистров с конструктором кода: STM32F0, F1, F4 и G0 — ссылки на них стоят рядом с названием.

Основные семейства

Недорогие микроконтроллеры общего назначения — от замены 8-битных до STM32G4 с математическими ускорителями.

ST позиционирует STM32C0 как замену 8-битных микроконтроллеров: тактирование от встроенного генератора, восьмивыводные корпуса у STM32C011J, а у STM32C071 — USB Full Speed без кварца за счёт генератора HSIUSB48 и блока подстройки CRS (RM0490, табл. 1). STM32F0 — самые простые STM32 на Cortex-M0. Питание у его подсемейств разное: STM32F0x1 и F0x2 работают от 2,0–3,6 В со встроенным стабилизатором, а у STM32F0x8 стабилизатора нет и на VDD подают 1,8 В ± 8 % (RM0091, разд. 5.1); так же устроены версии STM32F3x8 (RM0316, раздел PWR). STM32G0 — преемник F0 на Cortex-M0+ с частотой до 64 МГц. STM32F1 — первое семейство STM32; из него STM32F103C8T6, известный по платам Blue Pill. STM32F3 и STM32G4 выделяются аналоговой частью — АЦП, компараторы и операционные усилители на кристалле; у STM32G4 к ней добавлены CAN FD, USB Type-C Power Delivery и ускорители CORDIC и FMAC.

Высокопроизводительные семейства

Частота от 120 до 800 МГц, мегабайты памяти, Ethernet, контроллеры USB OTG HS и дисплея.

STM32F2 — предшественник F4 почти с тем же расположением выводов и тем же мультиплексором альтернативных функций, но на Cortex-M3 без FPU. STM32F7 по выводам и периферии продолжает F4, а быстрее его за счёт ядра Cortex-M7 с кешами. STM32H7 — Cortex-M7 от 280 МГц у H7A3 до 600 МГц у H7R/H7S; у H745 и H747 рядом работает второе ядро Cortex-M4. STM32H5 — ядро Cortex-M33 как у малопотребляющего U5, но на 250 МГц, а среди периферии есть Ethernet и I3C, которых у U5 нет (DS14258, разд. 2). У STM32N6 ядро работает до 600 МГц и до 800 МГц в режиме overdrive; встроенной флеш-памяти нет — программу загружает из внешней памяти код в ПЗУ (DS14791, табл. 2–5). Частоты и питание N6 в записях базы ST не указаны: атлас берёт их из даташита.

Малопотребляющие семейства

Режимы сна от Stop до Shutdown, регуляторы напряжения ядра с несколькими диапазонами, у части семейств — контроллер ЖКИ.

STM32L0 и STM32L1 — первые малопотребляющие семейства: напряжение ядра у них переключается между тремя диапазонами, а рядом с флеш-памятью есть отдельная data EEPROM для настроек и журналов. STM32L4 — Cortex-M4 до 80 МГц с режимами сна до Shutdown и питанием от 1,71 В; STM32L4+ добавляет к нему частоту до 120 МГц, ОЗУ до 640 КБ и графику. STM32L5 — Cortex-M33 с TrustZone, по периферии близкий к L4+, но с FDCAN и UCPD. STM32U0 — младшее семейство серии U: по даташиту DS14548 у STM32U073 типовой ток в Standby — 160 нА с часами RTC и 30 нА без них, в Shutdown — 16 нА. STM32U3 по описанию ST — первая серия STM32 на технологии near-threshold с активным потреблением до 10 мкА/МГц (DS14830, разд. 2). STM32U5 — Cortex-M33 до 160 МГц с памятью до 4 МБ флеш и около 3 МБ ОЗУ, у старших линеек — контроллеры дисплея и USB OTG HS.

Беспроводные семейства

Радио на кристалле: 2,4 ГГц для Bluetooth LE и IEEE 802.15.4 или субгигагерцовый диапазон.

У STM32WB два ядра: приложение работает на Cortex-M4, нижние уровни радиостека — на Cortex-M0+ (DS11929, разд. 2). У STM32WB0 ядро одно — Cortex-M0+, а критичные по времени операции Bluetooth LE выполняет сопроцессор радиоканала. STM32WBA — тоже одно ядро, но Cortex-M33 с TrustZone и аппаратными SAES, AES, PKA и HASH (DS14127). В субгигагерцовом диапазоне среди семейств атласа LoRa есть только у STM32WL; радио соответствует спецификации LoRaWAN 1.0 (DS13293). У STM32WL3 модуляций LoRa нет, зато есть (G)FSK, OOK, D-BPSK и другие (DS14221).

Как выбрать семейство STM32

Ниже — с каких семейств начинать поиск под типовую задачу. Окончательный выбор делают по даташиту конкретной линейки: состав периферии внутри семейства меняется от линейки к линейке, и это видно в таблицах линеек на страницах семейств.

Замена 8-битного микроконтроллера

ST позиционирует STM32C0 как замену 8-битных микроконтроллеров: Cortex-M0+ до 48 МГц, встроенный генератор на 48 МГц, корпуса от восьмивыводного SO8N. В том же корпусе SO8N выпускаются STM32G030J, G031J и G041J с частотой до 64 МГц. STM32F0 — альтернатива на Cortex-M0, самый маленький корпус у него 20-выводный. Если важнее всего потребление от батарейки — смотрите STM32U0 и STM32L0 (ниже).

Управление двигателями и силовая электроника

STM32G4: ускоритель CORDIC считает тригонометрические функции и квадратный корень — то, что нужно в управлении двигателями, измерениях и обработке сигналов, — быстрее программной реализации, FMAC считает цифровые КИХ- и БИХ-фильтры, а на кристалле есть АЦП, компараторы и ОУ (RM0440). Таймер высокого разрешения HRTIM у G474 и G484, как и HRTIM у F334, по RM0364 предназначен прежде всего для импульсных источников питания и освещения. Режимы ШИМ с мёртвым временем у таймеров STM32 разобраны в статье о таймерах.

USB и USB Type-C

• USB без кварца — например, у STM32C071 (генератор HSIUSB48 и блок CRS, RM0490), STM32F042, F048, F072 и F078 (HSI48 и CRS у F04x, F07x и F09x, RM0091; у F070 генератора HSI48 нет), STM32L0x2 (HSI48 и CRS, RM0376), STM32G0B1 и G0C1 (HSI48 и CRS, RM0444) и STM32U073 и U083 (HSI48 с подстройкой CRS, RM0503).
• USB Full Speed в недорогих семействах (по данным ST): STM32F0 — USB у F042, F048, F070, F072, F078; STM32F1 — USB у F102 и F103, USB OTG FS у F105 и F107; STM32F3 — USB у F302, F303, F373; все STM32G4; STM32L0 — USB у L0x2 и L0x3; все STM32L1; STM32U0 — USB у U073 и U083.
• Контроллер USB OTG HS по данным ST есть у STM32F2, F7, H7, N6, у части F4, U5 и H5 (USB OTG HS у H5E5 и H5F5) и у STM32WBA (USB OTG HS у WBA62, WBA64, WBA65). На 480 Мбит/с он работает только с физическим уровнем High Speed. У STM32F4 по RM0090 (разд. 35.2.1 и 35.3.2) встроенный PHY контроллера OTG_HS — только Full Speed, а для High Speed к нему подключают внешнюю микросхему PHY по интерфейсу ULPI; встроенный PHY High Speed есть у STM32F7x3 (RM0431). У остальных семейств, есть ли встроенный PHY High Speed, проверяйте по reference manual линейки.
• USB Type-C Power Delivery (по данным ST): UCPD у G071, G081, G0B1, G0C1, у всех STM32G4, L5 и N6, у U5 от U575 и старше, у H5 кроме H503 и у H7R3, H7R7, H7S3, H7S7.

Батарейное питание

Первыми смотрят малопотребляющие семейства: STM32U0 и STM32L0 на Cortex-M0+ — для простых задач, STM32L4 и STM32U5 — когда нужны FPU и больше памяти, STM32U3 — если важен ток в активном режиме. Токи в режимах сна сравнивают по даташиту конкретного микроконтроллера: на страницах семейств приведены типовые значения из первых страниц даташитов, например для STM32U073 и STM32U385. Время работы от батареи по известным токам считает калькулятор времени работы от батареи.

Радио

• Bluetooth LE на одном простом ядре: STM32WB0 — Cortex-M0+ и Bluetooth LE 5.4 с мощностью до +8 дБм.
• Bluetooth LE и IEEE 802.15.4: STM32WB с отдельным ядром для радиостека или STM32WBA на Cortex-M33 с TrustZone.
• LoRa и LoRaWAN: только STM32WL — 150–960 МГц, до +22 дБм.
• Субгигагерцовое радио без LoRa: STM32WL3 — (G)FSK, OOK, D-BPSK и другие модуляции, до +20 дБм.

Высокая производительность

По частоте ядра: STM32F4 — до 180 МГц, STM32F7 — до 216 МГц, STM32H5 — до 250 МГц, STM32H7 — до 600 МГц, STM32N6 — до 800 МГц в режиме overdrive. Для графики на TFT-дисплее нужен контроллер LTDC: по данным ST LTDC у F429, F439, F469, F479, H5E4, H5E5, H5F4, H5F5, у части F7, H7, L4+ и U5 и у всех STM32N6. Ethernet нужен для сети: Ethernet у F207, F217, H543, H553, H563, H573, H5E4, H5E5, H5F4, H5F5, у части F4, F7 и H7 и у всех STM32N6. Для нейросетей на кристалле у STM32N6x7 есть ускоритель Neural-ART (DS14791).

Защита прошивки и TrustZone

TrustZone есть у семейств на Cortex-M33: STM32L5, U5, U3, WBA и H5 (у H5 — у линеек из RM0481, в даташите STM32H503 TrustZone не упоминается). Её включают полем TZEN в байтах опций, после чего память, периферию и линии портов делят на защищённые и обычные. Аппаратный блок шифрования AES по данным ST есть и в семействах без TrustZone — например, у STM32WB, WL, части G0 и L4, а у WB и WL ещё и ускоритель криптографии с открытым ключом PKA.

Переход между семействами

Многие STM32 совпадают по выводам в одном корпусе — например, у STM32F405, F407, F427 и F429 в LQFP100 все сто выводов на тех же местах, а STM32F205 отличается от них одним выводом; списки совпадений с отличиями по позициям собраны на странице «Совместимость STM32 по выводам». Совпадение выводов не означает совместимости прошивки: регистры периферии, тактирование и такты ожидания флеш-памяти различаются. Тактирование STM32F0, F1, F3, F4, G0, L4 и L4+ считает калькулятор тактирования STM32, а поля регистров по семействам показаны на страницах регистров STM32F0, STM32F1, STM32F4 и STM32G0.

Все семейства с распиновками по корпусам — на главной странице раздела STM32.