STM32U3: малопотребляющие Cortex-M33 на 96 МГц с TrustZone

Линейки STM32U3

Значения в таблице собраны из записей базы ST: память — от наименьшего до наибольшего исполнения. Частота в записях STM32U3 не указана, поэтому в строках её нет; предел из RM0487 — 96 МГц. В базе ST эти линейки записаны одной строкой STM32U3x5, в таблице они разделены по номеру.

RM0487 Rev 3 делит опубликованные линейки на две группы — STM32U375/385 и U3B5/3C5, и главное различие между ними — объём SRAM (RM0487, табл. 5; флеш-память — по данным ST):

Внутри группы линейки различаются криптографией: по данным ST шифратор AES есть у U385 и U3C5, а у U375 и U3B5 его нет; в даташите STM32U385 цифры 385 так и расшифрованы — «с аппаратным шифрованием AES» (DS14830, разд. 7). Исполнения с AES выпускаются только с наибольшим объёмом флеш-памяти своей группы. У U3B5/3C5 по сравнению с U375/385 есть сигнальный процессор HSP, FDCAN2, таймеры TIM8 и TIM12, SPI4, I²C4, USART2 и порт F (RM0487, табл. 2 и 3). HSP — отдельный процессор для контуров управления, учёта энергии и небольших свёрточных нейросетей; он считает в 32-битном формате с плавающей точкой или в 8-битных целых (RM0487, разд. 19).

В базе STM32CubeMX 6.18.0 есть ещё STM32U356, U366, U335 и U345, но в атласе их нет. На st.com нет их даташитов и страниц продукта: мы проверили STM32U345RC 20 октября 2026 года и STM32U356RE и U366VE 21 октября, а на странице серии STM32U3 перечислены только U375/385 и U3B5/3C5. В AN2606 Rev 70 этих линеек тоже нет. U356 и U366 описаны только в RM0487 Rev 3 — это группа с 192 КБ SRAM и контроллером ЖКИ, — а U335 и U345 нет и там.

База ST называет QFN-корпуса STM32U3 UQFN32 и UQFN48, а в даташите STM32U385 те же корпуса названы UFQFPN32 и UFQFPN48; буква U в заказном номере означает UFQFPN (DS14830, табл. 1 и разд. 7).

Питание: near-threshold, LDO и SMPS

Напряжение ядра выбирается из двух диапазонов: Range 1 — около 0,9 В и частота до 96 МГц, Range 2 — около 0,75 В и до 48 МГц (RM0487, раздел PWR; DS14830, 3.8.2). Прежде чем поднять частоту выше 24 МГц, нужно включить бустер EPOD и дождаться его готовности; у STM32U3B5/3C5 процессор HSP в Range 2 не работает (RM0487, раздел PWR).

Стабилизатор ядра зависит от исполнения (DS14830, 3.8.1, рис. 2 и 3). В исполнениях без SMPS напряжение ядра даёт линейный LDO с внешним конденсатором на выводе VCAP. В исполнениях с буквой Q или G в конце заказного номера вывода VCAP нет: LDO и понижающий преобразователь SMPS работают параллельно и выдают напряжение ядра на выводы VDD11. Переключаться между LDO и SMPS можно на ходу, оба работают и в режиме Stop. По данным ST выводов VDD11 два во всех корпусах, кроме WLCSP52, WLCSP68, WLCSP72 и WLCSP99, где он один. Исполнения с Q есть во всех линейках, с G — только в корпусе WLCSP68 у STM32U375 и U385.

Основное питание — от 1,71 до 3,6 В, температура окружающей среды — до +105 °C при температуре кристалла до +110 °C (DS14830, табл. 1). По даташиту STM32U385 отдельно питаются аналоговая часть (VDDA), USB (VDDUSB, 3,0–3,6 В) и резервный домен (VBAT, 1,55–3,6 В), а до 14 линий порта G (PG2–PG15) — от вывода VDDIO2, который допускает от 1,08 до 3,6 В (DS14830, 3.8.1). Выведены они не во всех корпусах:

• порт G и VDDIO2 — у U375 и U385 только в WLCSP68 с буквой G (по DS14830, табл. 1, у U385 это единственный корпус с линиями, питаемыми от 1,08 В), у U3B5 и U3C5 — в UFBGA132, WLCSP99, WLCSP126 и LQFP144;
• порт F — только у U3B5 и U3C5 в UFBGA132, WLCSP126 и LQFP144;
• VDDUSB — нет в корпусах на 32 и 48 выводов, VBAT — нет в UQFN32 и в WLCSP68 с буквой Q.

Распределение по корпусам — по данным ST; у U385 отсутствие VBAT и VDDUSB в 32-выводном корпусе подтверждает и распиновка даташита (DS14830, рис. 6).

Типовые токи с первой страницы даташита STM32U385 (DS14830, с. 1):

Время работы от батареи при известных токах считает калькулятор времени работы от батареи.

Такты ожидания флеш-памяти

После сброса ядро работает от генератора MSIS на 12 МГц, в регистре FLASH_ACR установлен один такт ожидания (RM0487, разделы FLASH и RCC). Такты ожидания в обычном режиме чтения (бит LPM = 0) зависят от диапазона напряжения ядра и от группы (RM0487, табл. 43):

В экономичном режиме чтения (LPM = 1) тактов нужно больше: в Range 1 без ожидания флеш-память работает до 20 МГц, а на 96 МГц нужно четыре такта (RM0487, табл. 44). Делители таймеров от выбранных частот считает калькулятор таймера.

Режимы низкого потребления

По даташиту STM32U385 (DS14830, 3.9) кроме Sleep есть четыре режима Stop, Standby и Shutdown:

• Stop 0 — регулятор остаётся в основном режиме: пробуждение самое быстрое, потребление выше;
• Stop 1 — регулятор в экономичном режиме, весь домен ядра под питанием, работает вся автономная периферия;
• Stop 2 — большая часть домена ядра переходит в режим малой утечки с сохранением регистров, работать остаются блоки на шине APB3;
• Stop 3 — самый экономичный режим с полным сохранением ОЗУ, но работающая периферия и источники пробуждения в нём те же, что в Standby;
• Standby — домен ядра обесточен, можно сохранить SRAM2 целиком или 8, 24 или 32 КБ;
• Shutdown — самое низкое потребление, монитор питания BOR выключен.

Выводы STM32U3: альтернативные функции и загрузка

У каждой линии порта мультиплексор на шестнадцать функций: номер AF0–AF15 записывают в регистры GPIOx_AFRL и GPIOx_AFRH (RM0487, раздел GPIO). В данных ST у STM32U3 встречаются номера до AF14. По даташиту STM32U385 при включённой TrustZone все линии портов и вся SRAM после сброса защищённые (DS14830, 3.5.1 и 3.7.1); у U3B5/3C5 блок SRAM4 после сброса защищён, но доступен незащищённому процессору HSP (RM0487, с. 104).

Значение BOOT0 берётся с вывода PH3-BOOT0 (DS14830, 3.6) или, если бит nSWBOOT0 сброшен, из бита nBOOT0 в байтах опций, и защёлкивается при выходе из сброса (RM0487, раздел о загрузке). В корпусе UQFN32 вывода PH3-BOOT0 нет: у STM32U385KG BOOT0 совмещён с выводом PB7 (DS14830, 3.6), а в записях базы ST для U375KE, U375KG и U385KG вывод 30 назван просто PB7. В отличие от STM32U5 адрес старта задают байты опций FLASH_BOOT0R, FLASH_BOOT1R и FLASH_SBOOT0R (RM0487, табл. 19 и 20):

Бит BOOT_LOCK оставляет единственную точку входа — основу защищённой загрузки. Уровень защиты RDP ограничивает адреса старта (RM0487, табл. 21 и текст над ней). С TrustZone начиная с RDP 0.5 разрешены только службы RSS (0x0FF8 0000) и защищённая флеш-память — 0x0C00 0000–0x0C0F FFFF у U375/385 и 0x0C00 0000–0x0C1F FFFF у U3B5/3C5; при другом адресе микроконтроллер принудительно стартует с 0x0FF8 0000. Без TrustZone ограничение действует только на уровне RDP 2: разрешена флеш-память 0x0800 0000–0x080F FFFF или 0x0800 0000–0x081F FFFF соответственно, иначе старт с 0x0800 0000.

Встроенный загрузчик STM32U375/385 и U3B5/3C5 включается так же, как у STM32U5 (AN2606, шаблон 12), занимает 40 КБ системной памяти с адреса 0x0BF8 F000, использует 16 КБ SRAM с адреса 0x2000 0000 и работает на 48 МГц от MSIS (AN2606, табл. 208 и 211). Интерфейсы у обеих групп одинаковые (AN2606, табл. 3):

У STM32U375/385 загрузчик слушает USART1 на выводах PA10 (RX) и PA9 (TX), USART3 — на PC11 и PC10, I²C1 — на PB6 и PB7, FDCAN1 — на PB8 (RX) и PB9 (TX), USB — на PA11 и PA12, I3C1 — на PB13 (SCL) и PA1 (SDA). SPI1 выведен на PA4–PA7, а в корпусе WLCSP68 с буквой G загрузчик версии 14.2 берёт для него PG2–PG5, чтобы эти линии могли питаться от VDDIO2 (AN2606, табл. 208 и разд. 92.2).

Все STM32U3 по корпусам

Перед разводкой платы сверяйте выводы с даташитом своего исполнения: в нём указаны допустимые напряжения на выводах, токи и номиналы внешних компонентов. Исполнения с буквой Q и без неё в одном корпусе отличаются выводами питания, поэтому у каждого из них своя страница со схемой корпуса.