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標題: STM32F7有別于其它相同內核的MCU的幾個特性 [打印本頁]

作者: taoran 時間: 2016-6-4 17:49
標題: STM32F7有別于其它相同內核的MCU的幾個特性
對于微處理界第一顆基于ARM? Cortex?-M7內核的高性能微控制器STM32F7系列，相信很多人對它不陌生了。比如STM32F7系列微控制器采用90nm工藝，工作頻率高達216MHz，采用6級超標量流水線，帶浮點單元，測試分數高達1000CoreMarks，性能提升的同時保持高能效，與STM32F4系列管腳高度兼容等等。

   一般來講，基于ARM? Cortex?-M7內核的微控制器大多具有類似的處理器配置選項。通常包括：
一個64位AXI系統總線接口
一個指令和數據高速緩存
64位指令緊耦合存儲器（ITCM）
雙32位數據緊耦合存儲器（DTCM）

      不過，本文從應用開發的層面側重介紹STM32F7系列有別于其它使用Cortex-M7內核的MCU的幾個特性。
      首先，第一個重要區別在于STM32F7器件同時具有ITCM接口和AXI接口連接到片內閃存，如圖1所示。

圖1：基于ARMCortex-M7內核的系統級芯片的框圖

ITCM和AXI雙接口的存在使得執行代碼具備更大的靈活性。此外，STM32F7還有一個稱為自適應實時加速器（ARTAccelerator?）的內置閃存加速器，從而實現閃存零等待執行。使用TCM接口和ART加速器能能實現與帶緩存AXI接口相似的性能。同時用戶代碼也不會有高速緩存失效或高速緩存維護操作的麻煩。

利用ARTAccelerator加速引擎和高達16kB的L1緩存，STM32F7 MCU可實現ARM Cortex-M7的最佳性能。不管是從片內閃存還是外部存儲器執行代碼，在216MHz下均可達到1082 CoreMark/462 DMIPS。

      第二個重大區別在于內部SRAM分布在幾個模塊中，以降低動態功耗，并允許從各個總線主機同時訪問不同的SRAM模塊，以優化帶寬和延遲。
      此架構的一個典型應用實例就是人機界面，在人機界面中，音頻和圖形數據與系統RAM之間的傳輸必須同時進行。

      第三個就是它的高級浮點單元。STM32F7系列器件具有一個高性能的單或雙精度浮點單元（FPU），支持所有ARM單或雙數據處理指令和數據類型。FPU在需要浮點數學精度的許多應用中提供了優勢，包括環路控制、音頻處理、音頻解碼和數字濾波等。
當然它還有個額外優勢，那就是將某些功能的執行或處理從CPU分流到FPU，使CPU用于其他任務。它支持雙精度，因此更易于使用雙精度浮點指令的基于PC的數學軟件。

      第四，STM32F7MCU最有特色的設計之一是它們的智能系統架構，它使用兩個子系統，如圖2所示：

圖2：STM32F7微控制器的總線矩陣

      AXI-to-multi-AHB橋將AXI4協議轉換成AHB-Lite協議
      multi-AHB總線矩陣管理主機之間的訪問仲裁
      該仲裁使用循環調度算法保障主機對從機的訪問，即使多個高速外設同時工作，也能實現同時訪問并高效運行。

      最后，不得不提它的L1高速緩存。STM32F7嵌入了指令和數據高速緩存，當從片上或片外存儲器讀取代碼和數據時可彌補插入等待的時間，從而提高性能。當然，如果出現高速緩存失效和高速緩存行填充，此時讀取高速緩存將無法保證數據的確定性。

      由于可緩存存儲器不僅可以被CPU訪問，也可以被其他主機訪問（如DM），因此需要軟件維護操作。比如，訪問物理存儲器時，主機可能會讀出過期的數據，而更新的數據在CPU高速緩存中已經有效可用了。

      為了避免這個問題，開發者編寫用戶代碼時可以采取以下措施：
當CPU以外的主機要對可緩存存儲器進行訪問操作之前，建議先進行高速緩存清除操作。這是為了確保CPU的最新數據被寫回到物理存儲器。
   當CPU以外的主機對可緩存的存儲器更新數據后，在對該位置進行讀操作之前，CPU應該使高速緩存失效。這是為了確保從物理存儲器的直接讀取。
有時可以考慮無高速緩存操作。當一個可被緩存的存儲器被其它主機頻繁訪問時，可以配置該存儲器的不可緩存屬性從而防止數據的不一致問題發生。

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