STM32U5: малопотребляющие Cortex-M33 на 160 МГц с TrustZone

Линейки STM32U5

Значения в таблице собраны из записей базы ST: частота — максимальная для линейки, память — от наименьшего до наибольшего исполнения. У части записей базы частота не указана, поэтому в таких строках она не показана; там, где она есть (U575/585, U595/5A5, U599/5A9), это 160 МГц, и тот же предел для всех групп дают такты ожидания в RM0456 (табл. 54).

RM0456 делит семейство на четыре группы, и главное различие между ними — объём ОЗУ (RM0456, табл. 7):

SRAM2 можно сохранить в режиме Standby (RM0456, табл. 45), а SRAM4 у STM32U575 служит периферии, работающей в Stop 2 в режиме LPBAM (DS13737, 3.5). Внутри группы линейки отличаются набором блоков. По данным ST:

• криптография — шифратор AES и ускоритель PKA есть у STM32U545, U585, U5A5, U5A9, U5G7 и U5G9, а у их пар U535, U575, U595, U599, U5F7 и U5F9 нет;
• дисплей — контроллер LTDC есть у STM32U599, U5A9 и всех U5Fx/5Gx, а интерфейс MIPI DSI — у линеек с девяткой в конце: U599, U5A9, U5F9, U5G9;
• USB — у U535/545 USB-устройство Full Speed, у U575/585 USB OTG Full Speed, у остальных USB OTG High Speed; контроллер USB Type-C Power Delivery (UCPD) есть у всех, кроме U535/545.

В базе ST пары U575/585, U5F7/5G7 и U5F9/5G9 записаны объединёнными линейками, U535 и U545 — раздельно, а у U595/5A5 и U599/5A9 есть и отдельные, и объединённые записи, поэтому в таблице выше они занимают по несколько строк.

Питание: LDO и SMPS

По даташиту STM32U575 (DS13737, 3.9.1) у микроконтроллера два стабилизатора напряжения ядра: линейный LDO с конденсатором 4,7 мкФ на выводе VCAP и понижающий преобразователь SMPS, которому нужны дроссель 2,2 мкГн и 4,7 мкФ на выводах VDD11. Переключаться между ними можно на ходу. Выводы SMPS есть только в исполнениях с отдельной разводкой — их узнают по букве Q в конце заказного номера (DS13737, разд. 7). Исполнения с Q есть в базе ST во всех линейках STM32U5, и в атласе у них свои страницы.

У STM32U575 отдельно питаются аналоговая часть (VDDA), USB (VDDUSB, 3,0–3,6 В), резервный домен (VBAT, 1,65–3,6 В) и до четырнадцати линий порта G (PG2–PG15) от вывода VDDIO2, который допускает напряжение от 1,08 В (DS13737, 3.9.1). Такие линии есть не во всех корпусах: в LQFP48, LQFP64 и LQFP100 их нет, в WLCSP90 их 6, в UFBGA132 — 13 (10 у исполнения с SMPS) (DS13737, табл. 2). Это удобно для связи с логикой на 1,2 или 1,8 В без преобразователей уровня.

Напряжение ядра выбирается из четырёх диапазонов, и от него зависит допустимая частота: до 160, 110, 55 и 25 МГц (RM0456, табл. 54; для STM32U575 — DS13737, табл. 32). Такты ожидания флеш-памяти (RM0456, табл. 54):

После сброса ядро работает на 4 МГц без тактов ожидания (RM0456, раздел FLASH). Тактовых генераторов у STM32U575 несколько: два MSI с частотами от 100 кГц до 48 МГц, HSI16, HSI48 для USB, кварцевый HSE на 4–50 МГц и три PLL (DS13737, с. 2). Делители таймеров от выбранных частот считает калькулятор таймера, а про кадры шины FDCAN рассказывает статья о CAN FD.

Режимы низкого потребления

По даташиту STM32U575 кроме Sleep есть четыре режима Stop, Standby и Shutdown — всего семь режимов низкого потребления (DS13737, 3.9.3 и табл. 9):

• Stop 0 и Stop 1 — тактирование остановлено, ОЗУ сохраняется, работает много периферии: USART, I²C, SPI, АЦП ADC4, ЦАП, компараторы, таймеры LPTIM;
• Stop 2 — набор работающих блоков меньше: LPUART1, SPI3, I²C3, LPTIM1, 3 и 4, ADC4, ЦАП, компараторы;
• Stop 3 — остаются только BOR, RTC, TAMP, IWDG, ЦАП в статическом режиме и операционные усилители; будят вывод сброса, выводы WKUP (до 24, от 15 до 24 в зависимости от корпуса и SMPS — табл. 2), BOR, RTC, TAMP и IWDG;
• Standby — ядро и большая часть кристалла выключены, можно сохранить SRAM2 целиком или частично (64, 56 или 8 КБ) и резервную BKPSRAM на 2 КБ;
• Shutdown — работают только LSE, RTC и TAMP.

В режимах Stop 0, Stop 1 и Stop 2 периферия может работать сама, без программы на ядре, — это режим LPBAM. Данные она передаёт через GPDMA1 (в Stop 0 и Stop 1) или LPDMA1 (в Stop 0–2), а в Stop 3 LPBAM не работает (DS13737, 3.9.3). Время работы от батареи при известных токах считает калькулятор времени работы от батареи.

Выводы STM32U5: альтернативные функции и загрузка

У каждой линии порта мультиплексор на шестнадцать функций: номер AF0–AF15 записывают в регистры GPIOx_AFRL и GPIOx_AFRH (RM0456, раздел GPIO). В данных ST у STM32U5 встречаются номера до AF14. При включённой TrustZone каждую линию порта можно отдельно сделать защищённой, и после сброса все порты защищённые (DS13737, 3.13.1); все SRAM после сброса тоже защищённые (3.5.1).

Загрузка устроена как у STM32L5. Значение BOOT0 берётся с вывода PH3-BOOT0 или, если бит nSWBOOT0 сброшен, из бита nBOOT0 в байтах опций. Адрес старта задают байты опций (даташит STM32U575 DS13737, табл. 6 и 7):

Бит BOOT_LOCK закрепляет единственную точку входа SECBOOTADD0 — так строят защищённую загрузку. Встроенный загрузчик во всех группах занимает 64 КБ системной памяти с адреса 0x0BF9 0000 и при работе использует первые 16 КБ SRAM (AN2606, табл. 214, 217, 220 и 223). Интерфейсы загрузчика по группам (AN2606, табл. 3):

У STM32U575/585 загрузчик слушает USART1 на выводах PA9 и PA10, I²C1 — на PB6 и PB7, FDCAN1 — на PB8 и PB9, USB — на PA11 и PA12 (AN2606, табл. 217).

Все STM32U5 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.