M7+M4雙核架構(gòu)MCU，STM32H7將微控制器性能進一步提升

在微控制器的市場上，雙核設(shè)計多為M4+M0/M+的架構(gòu)，往高性能方向走，一般都是采用單核M7，鮮有M7+M4的這種組合。而此次STM32H7正是在單核M7的基礎(chǔ)上，又添加了一個M4的內(nèi)核，雙核跑分合計達到了3200CoreMark，將微控制器類產(chǎn)品的性能發(fā)揮到了更高的水準(zhǔn)。

近日ST在北京召開了雙核版STM32H7的發(fā)布會，意法半導(dǎo)體中國區(qū)微控制器事業(yè)部市場及應(yīng)用總監(jiān)曹錦東和意法半導(dǎo)體微控制器事業(yè)STM32高性能產(chǎn)品線高級市場經(jīng)理Renaud BOUZEREAU對于全新產(chǎn)品和整體市場戰(zhàn)略進行了精彩的分享。

1+1大于2

STM32H7雙核版可以看作是STMCU產(chǎn)品線中第一款真正意義上的雙核微控制器，采用了Cortex-A7+Cortex-M4的架構(gòu)進行設(shè)計。前段時間發(fā)布的STM32WB系列，雖然也是兩個核心，但其實M0+的內(nèi)核主要是用來進行無線配置，整體可以看作是一個射頻集成的MCU;而A7+M4架構(gòu)的STM32MP系列產(chǎn)品，則被官方定義為是MPU的產(chǎn)品。據(jù)Renau先生介紹，雙核版STM32H7中的M7內(nèi)核的主頻為480MHz，跑分為2424;M4內(nèi)核的主頻為240MHz，跑分為800CoreMark;所以合計跑分達到了3200多分，這是目前業(yè)界最強性能的MCU產(chǎn)品。

H7的內(nèi)核有雙精度 FPU、 L1 cache、MPU 和 DSP等資源，而M4內(nèi)核內(nèi)置單精度FPU、DSP、MPU以及ST獨有的ART加速器。雙核最大的好處當(dāng)然是在于可以兩個核分別執(zhí)行不同的任務(wù)，現(xiàn)場給出了兩個例子：比如在一個工業(yè)用工具機內(nèi)，M7內(nèi)核可以用來進行人機界面的交互，而M4可以用于通訊閘道+馬達控制+傳感器與處理。而在家庭自動化的應(yīng)用中，M7上可以跑人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(例如模式識別，自動語音識別等)，M4可以跑通訊閘道和實時界面。

但其實雙核MCU設(shè)計并不只是簡簡單單地疊加就可以的，還需要考慮兩個核心之間的通信效率的問題。Renaud稱，“高性能產(chǎn)品最怕會在數(shù)據(jù)傳輸方面出問題或者會增加CPU的工作負荷，所以ST在雙核版H7中引用了主DMA的配置。“主DMA用于兩個核心之間的數(shù)據(jù)交換，將核內(nèi)數(shù)據(jù)與外設(shè)進行高效率的通信。兩個核心都可以訪問內(nèi)部RAM，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

曹錦東先生表示，與兩個單核mcu的系統(tǒng)設(shè)計相比較，雙核版的STM32H7在執(zhí)行某些工作任務(wù)的時候，可以達到1+1大于2的效果。從整體設(shè)計的面積來講，一個封裝的雙核芯片是要比兩個單核芯片所占的面積要小，因此可以節(jié)省PCB面積;從數(shù)據(jù)交換效率角度來講，雙核同時訪問內(nèi)部RAM的效率肯定要比兩個單核MCU通過UART或I2C的效率高的多;從安全性的角度來講，兩個內(nèi)核的數(shù)據(jù)交互肯定是要比兩個單核的MCU的外部交換要安全的多。所以整個上來看，STM32H7的雙核版可以 給到客戶1+1大于2的體驗。

1+1等于1

但其實我們換一個角度來看，雙核版STM32H7還有1+1等于1的效果。首先就是設(shè)計的一致性可以得到很好的延續(xù)。這其實是STMCU的一個絕對大的優(yōu)勢，如果你在STMCU的這個體系內(nèi)進行升級迭代，那么你所需要做的額外的工作其實非常少。之前在單核的M4以及M7系列的STM32產(chǎn)品上編寫的代碼，可以直接遷移到新的雙核STM32H7中來，而且兩個核的編程可以分開由兩個團隊來完成。這樣就大大提高了系統(tǒng)設(shè)計的效率，減少了用戶在進行產(chǎn)品迭代升級時的成本。

另外雙核版H7在大部分工作狀態(tài)下仍然可以保持與單核一致的功耗。雙核版的STM32H7采用了三個電源域的設(shè)計：D1高性能域——Cortex-M7內(nèi)核在內(nèi)部進行GUI、DSP和安全的控制;D2實時控制域——Cortex-M4主要處理實時性的連接和控制，例如外部連接、實時操作系統(tǒng)、馬達驅(qū)動以及更多的控制任務(wù);D3大數(shù)據(jù)采集域——當(dāng)兩個內(nèi)核都進行休眠的時候，仍然可以執(zhí)行外部數(shù)據(jù)采集的工作，當(dāng)采集數(shù)據(jù)量達到一定閾值后便可喚醒另外兩個域進行處理。用戶可以將這三個電源域進行自由分配工作時序，自由去決定開啟和關(guān)閉的過程，從而達到整體的動態(tài)功耗的平衡。

拓展生態(tài)建設(shè)，專注垂直應(yīng)用，緊跟時代前沿方向

其實可以看到非常有趣的現(xiàn)象，隨著終端應(yīng)用需求的提高，之前長于做MPU的NXP的前飛思卡爾的團隊，會推出像i.MX RT這樣的高性能的MCU的產(chǎn)品;而之前長于做通用微控制器的STMCU這邊，也會推出像STM32MP這樣的MPU的產(chǎn)品。而且兩家不謀而合地都在發(fā)布會上宣稱：2019年將會是豐收的一年，我們會有很多很多新產(chǎn)品推出。MCU和MPU的邊界開始相互侵蝕，在一個智能手表的應(yīng)用中，我可以選擇使用MPU，在跑安卓手表系統(tǒng)的同時盡量保持更長的電池續(xù)航;我也可以選擇高性能的MCU，在超長待機的前提下提供更好的交互界面。

曹錦東表示未來STMCU將在三個方面進行努力：一是繼續(xù)拓展成功的生態(tài)建設(shè);二是專注垂直應(yīng)用;三是緊跟時代前沿趨勢。近期我們也會關(guān)注到，STMCU的新產(chǎn)品發(fā)布頻率很高，這都是對于垂直應(yīng)用的產(chǎn)品的配合。那么往垂直應(yīng)用走，每一個細分的需求所帶來的出貨量肯定不如通用的mcu的產(chǎn)品出貨量要高，但是這并不會給ST帶來困擾。從成本上來說，Renau表示40nm的產(chǎn)品線已經(jīng)完成了一次性的投入，所以這一塊并不會產(chǎn)生更多成本;IP方面因為都是已有的授權(quán)，并且筆者猜測可能會與出貨量掛鉤，所以這一塊也不會產(chǎn)生更多的成本。從用戶的選擇的角度來說，之前可能為了滿足需求，需要買一顆非常貴的料，但是包含了很多的不必要的資源，會造成浪費;但是現(xiàn)在他可以按需挑選合適的芯片，那么其實對于這種用戶的訂單的會有一個促進的作用。從長遠的角度來考慮，ST追求的是一種技術(shù)的迭代發(fā)展。曹錦東表示，隨著市場的推移高性能的芯片需求會越來越多。“十年前誰也沒有想到32位的MCU超過50%的市場份額，大家只認為8位的MCU會超過60%的市場份額，但是事實證明時代，客戶的需求是變化的。”

截止發(fā)稿，從nxp處已經(jīng)獲得消息，M7+M4架構(gòu)的i.MX系列已經(jīng)快要面市了，因為M7核的主頻較高，所以跑分也比較高。對于想要選擇這種高性能MCU的用戶來說，跑分是選型的一個因素，但不是全部考量。用戶從哪來來，決定了其最終的選型需求，比如之前一直使用STM32來進行開發(fā)的用戶，相必一定會繼續(xù)選擇雙核H7；而之前擅長使用A核的MPU的用戶，想必在選型時會請青睞即將面世的M7+M4的i.MX新產(chǎn)品。