STM32MP1系列教學連載-硬體設計篇1：初識STM32MP1系列微處理器
STM32MP1系列教學連載-硬體設計篇1：初識STM32MP1系列微處理器
一、與一隻蝴蝶的邂逅
時間退回至2007年9月，對於剛步入大學的筆者而言，微控制器的含義僅僅侷限於文字。而在同年的6月意法半導體（以下簡稱ST）在北京首發全球首款採用ARM Cortex-M3核心的處理器STM32F3，並選用一隻蝴蝶作為產品的logo，在此後的十幾年，STM32這隻「蝴蝶」成功的飛過千山萬水，不僅震動了整個MCU市場，也成功培育出了千萬工程師。然而當年ST在中國通用MCU市場佔有率僅為2%左右，排10名以外。
筆者接觸到微控制是在2008年暑假期間，當時學校普遍採用Atmel的AT89S52，晶片體積很大（封裝DIP40），8K位元組Flash，256位元組RAM，2路16bit定時器/計數器，1路全雙工串列埠，32路可程式化I/O，6路中斷源，主頻最大24MHz。相對現在的微控制而言，片上資源簡直慘不忍睹。但在當時而言，這款晶片絕對是校園主流控制晶片，記憶最深的是洞洞板、IC燒錄座以及焊接（某些學霸的焊接堪稱工藝品）。
當年除89C51系列微控制器雄霸校園外，還有效能稍強、外設稍微豐富一些的微控制器，例如Atmel的AVR，Microchip的PIC，TI的MSP430（16位元，低功耗）、凌陽SPCE061A（16位元，語音功能）、TI的TMS320（DSP）等，這些微控制器在當時可以稱為主流（可能不夠嚴謹，但在筆者的大學確實是事實），在各類電子設計競賽作品中，無論是國賽、省賽或者校園賽，總是能夠發現它們身影。
2009年當時參加了亞太大學生機器人大賽國內選拔賽，我們的主控方案採用AVR+CPLD的形式，AVR(ATMEGA128)微控制器負責感測器資料採集、控制邏輯以及簡單演演算法，CPLD負責處理碼盤反饋資料。之所以採用CPLD(EPM570T100)是由於空心杯直流減速電機的碼盤反饋資料量太大，單純依靠AVR的中斷採集或捕獲，無法達到滿意效果。比賽前的時間總是過得很快，也很充實，那時在創新創業基地可以偵錯通宵，也不會覺著太困，因為總是有那麼一群志同道合的朋友在周圍陪著你一起玩，充滿樂趣，充滿著自豪。當真正的進入選拔賽，止步於16強時，才知道自己懂的太少，牛氣的團隊、牛氣的人太多太多，北京科技大學機器人的速度、哈爾濱工業大學（冠軍）的技術、東北大學的設計等等，在參觀交流中，他們的控制平臺很難找到8位元機作為主控，ARM、DSP、CPLD、FPGA等方案已經應用到控制系統中，這對當時的我們而言，感覺到的是巨大的差異與反思。比賽結束回到學校，基地的老師給我一塊紫色的學習板，讓自己熟悉一下，看後續是否能夠用到，也就是在那時，第一次真正的接觸ST。
拿到開發板的資料後，第一時間就是安裝環境，下載開發例程，看實驗現象。那時STM32中文版資料並不是很多，《STM32中文使用者手冊》、《STM32不完全手冊》應該是在1年後的事情了，當時比較好的中文資料是《Cortex-M3權威指南》（宋巖老師翻譯）、《Cortex-M3技術參考手冊》，剩下的就是官網下載的資料手冊以及參考手冊。當把STM32的英文版參考手冊開啟後，豐富的外設以及眾多暫存器，看的很頭大。開發板配套的程式程式碼是基於暫存器操作，嗯，能夠想象到當時做這個學習板與例程的人也一定是一個大神級人物。
二、遍地開花
ST在中國市場的成功推廣，離不開論壇與百萬壇友的推廣支援，最為熟悉的莫過於阿莫論壇（https://www.amobbs.com/forum.php）與21IC中國電子網（二姨：https://bbs.21ic.com/），其它的就不再舉例。在早期學習STM32時，泡論壇是最為重要的學習途徑之一，也就是在這個時候（大約2009年），各種STM32技術問題、有意思的專案以及開發板開始在論壇逐漸增多，能夠記得住名字的，像火牛、紅牛、金牛、神州、正點（精英、戰艦、阿波羅、北極星）、野火、安富萊、硬石等等各種開發板琳琅滿目，你總能找到一款是你喜歡的開發板，或許做設計的人員給開發板取一個酷酷的名字是最為重要的，至少筆者是被成功的帶跑偏了。
其實在2009還有幾家也是做Cortex-M3核心的微控制器，比如流明諾瑞（luminary micro），使用他們家的晶片是因為參加「IEEE標準電腦鼠走迷宮」競賽，當時的電腦鼠是由廣州致遠電子有限公司（周立功）提供，當時流明諾瑞由他們進行國內的推廣，之所以能記得住，是因為當時的比賽獎品太特殊了，18套TinyM0 開發工具，我想是因為周老師也負責NXP的Cortex-M0與Cortex-M3推廣吧（以至於後來Cortex-M0的晶片首選就用NXP的了）。後來流明諾瑞像憑空消失一樣，很少有人提及與使用了，或許在電腦鼠比賽中還能遇到吧。
時至今日，STM32已經變成ST的一個代名詞，是ST在國內推廣成功的標誌，當然，MCU市場只是ST主營業務的一部分，據統計，2020年第二季度ST個產品部營收貢獻率微控制器和數位IC產品部(MDG)佔總營收的35.1%，而模擬器件、MEMS和感測器產品部(AMS)佔到了29.9%，汽車和分立器件產品部(ADG)以及其它則貢獻了總營收的另外35%。
三、下個十年
物聯網、人工智慧、5G應用是最近幾年熱點，在智慧硬體、智慧家居、智慧城市、智慧工業等領域，安全、網路連線、雲服務、AI是主要技術切入點，使MCU未來的發展需要更高的效能、更強的物聯和更安全的能力。
ST早在2016年就推出了STM32 H7 高效能MCU，基於Cortex-M7 @ 400 MHz 和 Cortex-M4 @ 240 MHz的雙核設計，除了高達400MHz的主頻與1MB RAM之外，還可以外擴SDRAM的。STM32 H7的效能很強大，雖然可以流暢的執行各種RTOS、檔案系統、網路協定棧以及使用者介面，但我們依然希望ST能夠將MCU的生態模式也應用至MPU上，補全ST在Linux應用領域的小短腿。
ST憑藉多年積累的ARM Cortex研發經驗擴大了STM32 MCU的功能，2019年推出該公司首款多核微處理器STM32MP1。STM32MP1是一款通用型微處理器（雙核Cortex-A7+單核Cortex-M4），具有以下特點：
- 採用ST(意法半導體)全新的STM32MP157AAA3(LFBGA448-18*18)微處理器為主控平臺，該平臺具有先進靈活的架構，支援3D圖形處理單元。FS-MP1A開發板介面資源豐富，可全功能開發STM32MP157AAA3外設資源。
- 提供Arm®雙核ARM Cortex A7/ 650MHz和 Cortex®-M4/209MHz兩種核心的異構架構開發，在複雜的多工處理與運算同時，兼顧硬實時性。
- STM32系列生態系統成熟，並具備經過驗證的軟體、工具和技術支援，使使用者在該平臺上能夠提高開發效率，縮短上市時間 。
- STM32MP1微處理器系列晶片穩定供貨週期長達10年，包含多種封裝與型號。FS-MP1A開發板既可以作為開發平臺進行學習，也可作為產品控制核心，免除因技術迭代更新，而造成技術過時或斷貨情況。
STM32MP1微處理器的介紹就先寫到這裡吧，其實自己並不擅長寫文章，寫這篇文章的目的是後續想將FS-MP1A開發平臺的硬體部分設計記錄下來，因為在設計這個板子的時候並沒有太多的中文參考檔案，主要來源是官方網站資料與參考學習板，開發平臺如下所示：
FS-MP1A開發板的硬體設計篇目前預計總共包含11部分，主要涉及電源、時鐘、引導模式、DDR、EMMC、乙太網、LCD、音訊、WiFi/BLE以及DCMI等部分，如下所示：
採購連結：FS-MP1A開發板官方淘寶
對於STM32MP1系列處理器的Cortex-M4核心、Cortex-A7核心的裸機開發部分、Linux驅動移植、應用開發以及專案應用會逐步進行連載。
下個十年，我們希望STM32MP1系列處理器能夠像STM32在MCU市場的成功一樣，讓Linux系統與MPU的設計與應用不在那麼的神祕，相信憑藉ST在市場推廣的力度以及決心，STM32MP1系列微處理器的應用會越來越廣泛，至少筆者是相信的。
北京華清遠見教育科技有限公司官方官方網站連結
南風
2020.08.31