MCU引入异构内核·，携手Linux变身MPU

STM32家族的最新成员就是整合了Cortex-A和Cortex-M两种不同核心的STM32MP1微处理器系列。

Cortex-M是ARM处理器中的专用MCU内核，Cortex-A则是应用处理器内核，现在手机中的苹果A系列、高通骁龙、华为麒麟处理器等都是基于Cortex-A架构的。将Cortex-A引入到MCU当中，也就是将异构计算引入到MCU当中。

“MPU其实是非常复杂的，要经过长期思考+验证，到最后成熟和上市，这块产品花了整整五年的时间。”意法半导体微控制器事业部STM32微处理器产品市场经理Sylvain RAYNAUD这样表示。

意法半导体微控制器事业部STM32微处理器产品市场经理Sylvain RAYNAUD

STM32MP1系列微处理器集成两颗主频650MHz的Arm Cortex-A7应用处理器内核和一颗运行频率209MHz的高性能Arm Cortex-M4微控制器内核。同时，STM32MP1还嵌入了GPU，以支持人机显示界面。

这三核分工明确，A7内核运行Linux，配合GPU负责显示功能，M4内核则执行传统的控制功能。三核之间通过特有的IPCC机制进行通信并配有加密措施，“它们以mailbox的方式沟通，然后沟通数据会保存在SRAM 里面。” Sylvain RAYNAUD解释。

为防止MPU系统出现性能瓶颈和带宽问题，STM32MP1支持经济实惠的DDR SDRAM存储器，包括DDR3、DDR3L、LPDDR2、533MHz的32/16位LPDDR3。此外，STM32MP1还支持各种闪存产品：eMMC、SD卡、SLC NAND、SPI NAND和Quad-SPI NOR闪存。

从架构上来说，STM32MP1既具有灵活性又能实现能效最佳化。在全速运行模式下，双核Cortex-A7 +3D GPU是完全打开的，其处理器速度为2470DMIPS，Cortex-M4部分的处理速度则有260DMIPS。在低功耗模式下，Cortex-A7进入待机模式，只有Cortex-M4运行，功耗是正常模式的1/4。如果要进入完全待机模式，功耗只有前一个模式的1/2500。

从待机模式回到全速运行，STM32MP1的表现很优异。其只需1s就能回到Linux界面，3s则能回到3D图形应用界面。

还有一点很关键，STM32MP1配备的丰富外设都可以通过在线的方式决定分配给A7还是M4使用。这些外设就包括了USB2.0、千兆以太网GMAC、CAN FD，以及多个标准IC、UART和SPI接口，还有一系列模拟外设。

因为复杂度提升，ST还为STM32MP1设计了专用电源管理IC(PMIC) STPMIC1。其集成了4个DC / DC降压转换器、6个LDO稳压器、1个DC / DC升压转换器，以及USB VBUS和通用功率开关，能为STM32MP1和电路板上的其它组件提供所需的电压轨。

引入新内核，拓展了STM32的应用空间。Sylvain RAYNAUD就总结道：“对于以前使用微处理器+MCU应用的客户，STM32MP1一颗单芯片就可以实现这个功能；而客户之前使用的是MPU，那么可以用STM32MP1做MCU应用。”

引入Cortex-A7内核，也就为开发者引入了Linux系统。为了加快项目开发速度，ST发布了一款主流开源Linux发行版OpenSTLinux Distribution。 OpenSTLinux已通过了 Linux Foundation、Yoctoproject 、Linaro等Linux社区的审批。该发行版包含在应用处理器内核上运行软件所需的全部基本组件。

“在支持整个Linux开发源的时候，我们全面兼容开源软件的标准，包括Linux的Foundation和Yocto Project。”Sylvain RAYNAUD说，“因为Linux开源代码非常多，客户也不好选择。为此，ST在Yocto建立一个Project，让客户可以稳定简易使用这个开发包。”

同时，STM32MP1还预装了安全操作系统OP-TEE。“如果客户自己去寻找安全应用还需要付费，ST已经帮客户解决了这个问题，让其使用免费的加密OS。” Sylvain RAYNAUD解释了原因。

在Cortex-A7端，有OpenSTLinux可以使用，在Cortex-M4端，则可以使用以前的STM32Cube工具。据Sylvain RAYNAUD介绍，STM32Cube里有很多支持客户的参考代码、驱动，包括很多做外设访问用的API，还有各种中间件。所有这些都是有ST品质保证的软件开发包，配合非常友好的商业条款，让客户使用非常便捷。

在硬件开发工具方面，ST提供了三套开发板：全功能板、探索板（只有基本外设）和第三方原形板/生产级板。这三套板子都在STM32的天猫旗舰店有售。

为了支持用户开发，ST还在全球范围内布置了超级第三方平台，主要支持GUI，加密和培训这部分。此外，ST还建立了一个专门的wiki网站，用来支持STM32MP1的客户做Linux相关开发。

STM32MP1诞生时间虽不长，已经形成了一个完备的产品系列。目前，STM32MP1已有三条产品线：157、153、151。其中，151配备了Cortex-A7+Cortex M4；153在此基础上增加了CAN FD和双核Cortex A7；157是目前系列中性能最高的，有双核Arm Cortex-A7+Cortex-M4+3D GPU，另支持DSI和CAN FD。

采用异构架构，是STM32应对大量增加的人机交互需求的举措。而对于未来的产品规划，Sylvain RAYNAUD表示：“该系列未来将并行发展两个方向：高性能、安全、功能和成本功耗优化。那些潜在的应用场景，如工业、消费电子、医疗保健和智能家居，STM32MP1都可以完美支持。”