Mikrokontrolery STM32 podbijają kolejne obszary aplikacyjne, dotychczas zarezerwowane przede wszystkim dla mikroprocesorów: graficzne interfejsy HMI. W artykule przedstawiamy nowe mikrokontrolery STM32 z rdzeniem Cortex-M4, które poszerzają możliwości konstruktorów korzystających dotychczas z popularnych mikrokontrolerów STM32F429.

Pierwszym w rodzinie STM32 mikrokontrolerem „graficznym” był STM32F429, który szybko zdobył popularność, głównie dzięki zestawowi startowemu DISCOVERY (fotografia 1) wyposażonemu w kolorowy wyświetlacz LCD-TFT 2,4 o przekątnej cala (240×320 px) z naklejonym touch-panelem. Mikrokontroler zastosowany w zestawie współpracuje z zewnętrzną pamięcią SDRAM, która służy m.in. do przechowywania wyświetlanych obrazów. Zastosowanie zewnętrznej pamięci SDRAM uzupełnia wewnętrzną pamięć Flash o pojemności 2 MB oraz wewnętrzną pamięć SRAM o pojemności 256 kB, a maksymalna częstotliwość taktowania CPU wynosi 180 MHz.

Fot. 1. Wygląd zestawu STM32F429I-DISCOVERY

Dużą wydajność w aplikacjach graficznych mikrokontrolerey STM32F429/439 osiągają dzięki wbudowanemu koprocesorowi graficznemu Chrom-Art (DMA2D), który od strony konstrukcyjnej jest wyspecjalizowanym kanałem DMA. Koprocesor samodzielnie realizuje wiele podstawowych funkcji wspomagających wyświetlanie obrazów, w tym: wypełnianie zadanych obszarów kolorem zdefiniowanym przez użytkownika, kopiowanie i przenoszenie fragmentów obrazu, konwersja formatów z bazą w CLUT (Colour Look-Up table) definiowaną przez użytkownika, nakładanie obrazów z opcjonalnym definiowaniem przeźroczystości itp. Nie jest to więc od strony funkcjonalnej „karta graficzna” w rozumieniu PC, ale doskonałe narzędzie wspomagające realizację typowych interfejsów graficznych w różnego rodzaju panelach HMI.

Atutem mikrokontrolerów STM32F429/439 w aplikacjach graficznych jest wspominana wcześniej, wbudowana pamięć Flash o dużej pojemności, która pozwala na przechowywanie w niej wielu obrazów QVGA. Przeciętnie do przechowania grafiki o wymiarach 320 x 240 pikseli w formacie RGB256c potrzebna jest pamięć o pojemności ok. 75 kB, taki sam obraz w formacie RBG16b potrzebuje ok. 150 kB. W przypadku konieczności obróbki wyświetlanych obrazów pomocna może okazać się zewnętrzna pamięć SDRAM, która jest obsługiwana przez wbudowany w mikrokontrolery kontroler FMC (Flexible Memory Controller). Koprocesor DMS2D ma do niej dostęp, podobnie jak do pozostałych obszarów pamięci.

Ponieważ „graficzna” propozycja producenta została ciepło przyjęta przez rynek, pojawiły się kolejne mutacje mikrokontrolerów przeznaczonych dla takich aplikacji: nowe mikrokontrolery są oznaczone symbolami STM32F469 i STM32F479. Ich „lokalizację” w rodzinie STM32F4 pokazano na rysunku 2.

Rys. 2. Ilustracja lokalizująca nowe typy mikrokontrolerów w dotychczasowym portfolio STM32F4

Podstawowe elementy wyposażenia tych mikrokontrolerów są identyczne ze starszymi układami „graficznymi”, wyposażono je natomiast w nowatorski – w świecie mikrokontrolerów – interfejs graficzny MIPI DSI (Mobile Industry Processor Interface Display Serial Interface), coraz częściej stosowany w urządzeniach mobilnych. Schemat blokowy tego interfejsu pokazano na rysunku 3.

Rys. 3. Schemat blokowy ilustrujący budowę interfejsu MIPI DSI

Jego zaletą jest możliwość szeregowego transportu dużej ilości danych w krótkim czasie z wykorzystaniem – w warstwie fizycznej – interfejsu różnicowego, który minimalizuje poziom emitowanych zakłóceń EMC i jednocześnie jest odporny na zakłócenia zewnętrzne. Konstruktorzy mikrokontrolerów STM32F469/479 wyposażyli interfejs DSI w konfigurowalny interfejs z jedną lub dwoma liniami danych oraz jedną linią taktująca (synchronizującą).

W ten sposób do mikrokontrolera można dołączyć wyświetlacz LCD wyświetlający obraz w standardzie do 720p, odświeżany z częstotliwością do 30 Hz, z wykorzystaniem zaledwie 6 linii GPIO mikrokontrolera.

Rys. 4. Mikrokontrolery STM32F469/479 mogą obsługiwać wyświetlacze LCD za pomocą trzech kanałów komunikacyjnych, w tym szeregowy MIPI DSI

Na rysunku 4 pokazano trzy możliwe w mikrokontrolerach STM32F469/479 konfiguracje interfejsów służących do komunikacji mikrokontrolera z wyświetlaczem LCD. Jak widać, najprostsze jest użycie interfejsu MIPI DSI, co nie tylko minimalizuje liczbę pinów wykorzystanych do transmisji danych i poziom zakłóceń i zmniejsza liczbę elementów niezbędnych do realizacji aplikacji – to wszystko przy zachowaniu możliwości wyświetlania obrazów wideo bez utraty jakości.

Rys. 5. Planowane przez producenta portfolio rodziny STM32F469/479

Prezentowane w artykule mikrokontrolery są obecnie dostępne w ograniczonej liczbie modeli, ale producent deklaruje szybkie poszerzenie oferty, jej docelowy kształt przedstawiono na rysunku 5. Jak widać, gama planowanych modeli jest dość szeroka i cieszy fakt, że firma STMicroelectronics ma na uwadze tanie aplikacje realizowane na 2-warstwowych płytkach drukowanych, gdzie można stosować obudowy LQFP.