STM32-F2系列微控制器全方位解決方案詳細闡釋

工業(yè)協(xié)議棧和固件

IXXAT為 STM32開發(fā)的IEEE 1588 PTP協(xié)議

測量系統(tǒng)、電信設(shè)備、自動化系統(tǒng)或汽車系統(tǒng)等分布式應用設(shè)備對精確時序機制的要求越來越高。IEEE 1588的精確時序協(xié)議(PTP)通過以太網(wǎng)使分布式設(shè)備的時序同步精度達到納秒級，從而滿足分布式應用系統(tǒng)的要求。

IXXAT自動化技術(shù)有限公司開發(fā)的IEEE 1588協(xié)議軟件讓設(shè)備廠商能夠輕松、快速地開發(fā)IEEE 1588兼容設(shè)備，這款軟件的源代碼采用C語言，可實現(xiàn)在任何平臺上。

為了在意法半導體的STM32-F2系列微控制器上實現(xiàn)IEEE 1588協(xié)議，IXXAT為STM32-F2用戶提供一個定制版協(xié)議軟件，該解決方案大幅簡化并加快了協(xié)議的實現(xiàn)過程。STM32-F2專用協(xié)議軟件需要與一個有組播功能的TCP/IP協(xié)議棧配合使用，有無操作系統(tǒng)均可。

因為功能豐富，連續(xù)升級，占有率高，IXXAT的IEEE 1588協(xié)議軟件已成為1588協(xié)議軟件市場的主要參考標準。最新的1.03版IEEE 1588已支持新的IPv6標準，該標準將逐漸被新系統(tǒng)所采用。這個解決方案的模塊化軟件結(jié)構(gòu)包含基本包和可選擴展文件，例如，用于IPv6、IEEE 802.3和Unicast的文件，讓包與專門應用及其資源能夠?qū)崿F(xiàn)最佳匹配。

用戶可以動態(tài)設(shè)置多種功能，例如，延遲機制(對等/端到端)和通信技術(shù)(IPv4, IPv6, 802.3)，因此，設(shè)計人員開發(fā)設(shè)備時無需考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶使用設(shè)備時無需修改固件，這樣設(shè)計可以降低研制成本，讓客戶提出更吸引人的價值主張。

STM32-F2系列微控制器在以太網(wǎng)媒體訪問控制器MAC內(nèi)整合了支持IEEE 1588 (PTP V2)的硬件，具有實現(xiàn)一個高精度時序同步協(xié)議所需的全部資源。我們做了一個長時間的背對背連接同步測試， 采用了1個精確的主控制器(2ppm晶振)，測試條件是0.125秒同步間隔，測試結(jié)果顯示，該平臺最大同步偏差為±70納秒，標準同步偏差大約是15納秒。在上電后，IXXAT的IEEE 1588協(xié)議軟件同步平均需要大約20個同步間隔。

在一個STM32微控制器上實現(xiàn)的IEEE 1588軟件，取得1個有IPv4、端到端 (E2E)和對等(P2P)延遲機制和主控制器的通用普通時鐘的典型功能，需要47KB空間保存程序代碼，7KB空間保存只讀數(shù)據(jù)，23KB空間保存讀寫數(shù)據(jù)。

除IEEE 1588協(xié)議軟件外，IXXAT的服務(wù)還包括定制軟硬件開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計，以及技術(shù)研討會和代碼推介會服務(wù)。

PORT Profinet軟件棧

Port公司是市場領(lǐng)先的CAN/CANopen、DeviceNet現(xiàn)場總線解決方案提供商，公司加強了硬件和固件開發(fā)能力，擴大了業(yè)務(wù)組合，加強了協(xié)議棧和POWERLINK、PROFINET、EtherNet/IP和EtherCAT開發(fā)工具產(chǎn)品組合。

PROFINET是工業(yè)以太網(wǎng)版PROFIBUS總線，而這項技術(shù)被業(yè)界公認為極其耗費資源。意法半導體與Port合作為STM32 F-2系列研發(fā)了一款只需128KB SRAM存儲容量的PROFINET軟件，讓意法半導體的微控制器步入一個新的應用領(lǐng)域。STM32 F-2與Port PROFINET組合不僅適用于工業(yè)自動化應用，例如，工業(yè)編碼器(定位)、工業(yè)驅(qū)動附件，而且還適用于內(nèi)置以太網(wǎng)控制功能的安全系統(tǒng)。PROFINET的 STM32 F-2版協(xié)議棧為用戶提供符合IEC 61158和IEC 61784標準的PROFINET IO兼容通信所需的全部服務(wù)功能，幫助用戶輕松快速地開發(fā)PROFINET IO設(shè)備。該解決方案是是通過一個硬件抽象層訪問硬件，并為用戶提供能夠連接意法半導體的不同微控制器的驅(qū)動程序，有無操作系統(tǒng)均可。為了快速獲得總線使用權(quán)限，符合PROFINET的技術(shù)規(guī)范，該解決方案對底層以太網(wǎng)驅(qū)動軟件進行了優(yōu)化。STM32 F-2支持PROFINET Conformance Class A，還可以支持PROFINET Realtime Class 1。為了幫助設(shè)計人員輕松快速地開發(fā)項目，Port還提供一個PROFINET設(shè)計工具。

意法半導體的電機矢量控制庫

因為集成兩個先進的定時器外設(shè)、3個快速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(0.5MSps)和DMA直接訪存功能，STM32F2x特別適合需要1個或2個電機控制驅(qū)動器的應用。即便驅(qū)動兩個電機時，150DMIPS的性能讓STM32F2x有充足后備動力驅(qū)動其它復雜的應用任務(wù)。

STM32F-2配備STM32 PMSM FOC軟件開發(fā)工具，實現(xiàn)了磁場定向控制(FOC)驅(qū)動3相永磁同步表面安裝電機(SM-PMSM)和內(nèi)部安裝電機(I-PMSM)，最新的3.1版STM32 PMSM FOC開發(fā)工具套件包含STM32F-2微控制器，預計2011年7月上市。

STM32 PMSM FOC開發(fā)工具套件可用于快速評估STM32微控制器的各種應用和完整的應用平臺，當開發(fā)在意法半導體微控制器上運行的電機控制算法時，這套開發(fā)工具有助于縮短的應用的開發(fā)周期。PMSM FOC固件的源代碼采用C語言，實現(xiàn)了電機控制內(nèi)核算法(參考系轉(zhuǎn)換、電流調(diào)整、速度調(diào)整、空間矢量調(diào)制、能效優(yōu)化)以及傳感器檢測算法、解碼算法(3個并聯(lián)電阻、意法半導體專利單直流鏈路并聯(lián)電阻、隔離型電流傳感器、增量編碼器、霍爾傳感器)和轉(zhuǎn)子位置重構(gòu)無傳感器算法。

為了讓大家了解STM32F-2出色的計算性能，我們做了一個性能測試。在使用兩個并聯(lián)電阻檢測電機電流的無傳感器配置中，用一個STM32F-2驅(qū)動兩個PMSM電機，按照標準雙矢量控制性能(以10kHz運行FOC算法)測試，CPU負荷在35%的范圍內(nèi);按照高級雙矢量控制性能(以16kHz運行FOC算法)測試，CPU負荷在50%的范圍內(nèi)。這些性能為STM32F-2系列微控制器在工廠自動化領(lǐng)域開啟了廣泛的應用空間。

結(jié)語

要求嚴格的工業(yè)通信協(xié)議軟件棧顯然能夠充分利用STM32F-2系列微控制器高于同級產(chǎn)品的優(yōu)異性能。當執(zhí)行高性能應用軟件和算法時，STM32F-2執(zhí)行速度比上一代產(chǎn)品STM32F-1提高1倍多。

STM32-F2系列產(chǎn)品已通過客戶檢測驗證，目前正在提升產(chǎn)量。大多數(shù)固件和協(xié)議棧已經(jīng)上市，未上市的也準備今年夏季發(fā)布。STM32-F2系列產(chǎn)品的升級產(chǎn)品目前正在設(shè)計階段，新一代產(chǎn)品包括基于Cortex-M4內(nèi)核的微控制器，能夠更好地支持需要數(shù)字信號處理器的應用。