وبلاگ شرکت در مورد ST STM32V873VI MCU با عملکرد بالا بر اساس فرآیند 18nm FD-SOI با هسته Arm Cortex-M85

شرکت شنژن مینجیادا الکترونیکس (Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.) قطعات ST STM32V873VI, را تامین و بازیافت می‌کند، یک میکروکنترلر با کارایی بالا که بر اساس فرآیند FD-SOI 18 نانومتری ساخته شده و دارای هسته Arm Cortex-M85 است.

STM32V873VI میکروکنترلر پرچمدار سری STM32V8 و یکی از اولین میکروکنترلرهای عمومی با کارایی بالا در جهان است که با استفاده از فرآیند پیشرفته FD-SOI (Fully Depleted Silicon-on-Insulator) 18 نانومتری تولید می‌شود. این تراشه دارای پردازنده 800 مگاهرتزی Arm Cortex-M85 است که شامل افزونه‌های برداری Helium (MVE)، حافظه تغییر فاز (PCM) داخلی، معماری امنیتی سخت‌افزاری و مجموعه‌ای غنی از لوازم جانبی با سرعت بالا می‌باشد. این تراشه که برای کاربردهای تعبیه‌شده با توان محاسباتی بالا و قابلیت اطمینان بالا مانند هوش مصنوعی لبه، اتوماسیون صنعتی، رباتیک انسان‌نما و تعامل انسان و ماشین سطح بالا طراحی شده است، استانداردهای توان محاسباتی، بهره‌وری انرژی و استحکام را در میکروکنترلرهای بی‌درنگ با کارایی بالا بازتعریف می‌کند.

I. فرآیند هسته: FD-SOI 18 نانومتری – یک پایه فناوری دوران‌ساز در بخش میکروکنترلر

STM32V873VI بر اساس فرآیند تولید FD-SOI UTBB 18 نانومتری بالغ STMicroelectronics ساخته شده است. برخلاف فرآیندهای سیلیکونی حجیم سنتی، این تراشه از یک لایه اکسید دفن شده برای جداسازی کانال ترانزیستور استفاده می‌کند که مزایای متعددی را ارائه می‌دهد:

جریان نشتی فوق‌العاده کم و بهره‌وری انرژی عالی: با کنترل استاتیک بهبود یافته ترانزیستورها، مصرف توان استاتیک به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد؛ مصرف توان قابل کنترل حتی در فرکانس‌های بالای 800 مگاهرتز حفظ می‌شود و توان محاسباتی اوج را با بهره‌وری انرژی پایدار متعادل می‌کند؛

مقاومت محیطی بهبود یافته: از حداکثر دمای اتصال 140 درجه سانتی‌گراد پشتیبانی می‌کند و محدوده دمای عملیاتی آن از -40 درجه سانتی‌گراد تا +125 درجه سانتی‌گراد است. این تراشه مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر انحراف حرارتی و تشعشع از خود نشان می‌دهد و آن را برای محیط‌های بسیار پرتقاضا مانند کابینت‌های کنترل صنعتی با دمای بالا، پایانه‌های هوشمند فضای باز و کاربردهای هوافضا مناسب می‌سازد؛

شکست سقف فرکانس: فرآیند پیشرفته به هسته اجازه می‌دهد تا با فرکانس 800 مگاهرتز به طور پایدار کار کند و توان محاسباتی پایدار بالاتری را در همان معماری ارائه دهد؛

سازگاری سیگنال ترکیبی: FD-SOI ذاتاً برای ادغام دیجیتال و آنالوگ مناسب است و عملکرد پایدار لوازم جانبی ارتباطی با سرعت بالا و آنالوگ با دقت بالا را تضمین می‌کند.

این تراشه با حافظه تغییر فاز (PCM) اختصاصی ST جفت شده است و از معماری‌های فلش سنتی فاصله می‌گیرد. STM32V873VI شامل 2 مگابایت PCM است که بازنویسی سریع درجا را بدون نیاز به پاک کردن در سطح بلوک پشتیبانی می‌کند. این تراشه عمر چرخه خواندن/نوشتن تا 10 به توان 8 چرخه و نگهداری داده بیش از 10 سال را ارائه می‌دهد، در حالی که دارای ECC (کد تصحیح خطا) سخت‌افزاری برای افزایش قابل توجه پایداری در برنامه‌هایی است که شامل ذخیره‌سازی لاگ و به‌روزرسانی‌های پارامتر مکرر هستند.

II. هسته محاسباتی: Arm Cortex-M85 800 مگاهرتزی با افزونه‌های برداری Helium

هسته تراشه از رهبر فعلی عملکرد در خط تولید Cortex-M استفاده می‌کند – Arm Cortex-M85 (معماری Armv8.1-M):

با حداکثر سرعت کلاک 800 مگاهرتز، در تست‌های واقعی به امتیاز CoreMark تا 5072 دست می‌یابد که نشان‌دهنده بهبود تقریبی 40 درصدی در عملکرد اسکالر در مقایسه با STM32H7 (Cortex-M7) است؛

ادغام بومی افزونه‌های برداری M-Profile Helium (MVE) شتاب سخت‌افزاری را برای فیلتر کردن DSP، عملیات FFT و استنتاج یادگیری ماشین لبه فراهم می‌کند و تا شش برابر افزایش توان پردازشی هوش مصنوعی و پردازش سیگنال را در مقایسه با میکروکنترلرهای نسل قبل ارائه می‌دهد؛

شامل FPU دوگانه دقت سخت‌افزاری، مجموعه دستورالعمل DSP، واحد حفاظت حافظه MPU و واحد ردیابی بی‌درنگ ETM؛

امنیت سخت‌افزاری داخلی TrustZone برای Armv8-M برای جداسازی امنیتی، همراه با افزونه احراز هویت اشاره‌گر PACBTI، دنیای امن و غیر امن را جدا می‌کند و پایه‌ای محکم برای بوت قابل اعتماد دستگاه و ذخیره‌سازی کلید ایجاد می‌کند.

پیکربندی معماری حافظه:

1.5 مگابایت SRAM با ظرفیت بالا، با پشتیبانی از تصحیح خطای ECC برای مناطق ذخیره‌سازی حیاتی؛

192 کیلوبایت حافظه متصل تنگ (TCM) بدون انتظار برای اطمینان از دسترسی بدون تأخیر به داده برای وظایف کنترل بی‌درنگ و استنتاج هوش مصنوعی؛

حافظه پنهان دستورالعمل (I-Cache) و حافظه پنهان داده (D-Cache) جداگانه، که به طور قابل توجهی تأخیر دسترسی به باس را کاهش می‌دهد.

III. منابع جانبی: اتصال داخلی با سرعت بالا، چندرسانه‌ای و کنترل بی‌درنگ

STM32V873VI به شدت برای اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT)، رابط‌های انسان و ماشین مبتنی بر بینایی و کنترل موتور چند محوره بهینه‌سازی شده است:

رابط‌های ارتباطی

اترنت گیگابیتی 1 گیگابیت بر ثانیه (با PHY داخلی، پشتیبانی از TSN – شبکه‌سازی حساس به زمان)، که الزامات اترنت بی‌درنگ صنعتی و ارتباط همکاری چند دستگاه در رباتیک را برآورده می‌کند؛

دو عدد USB 2.0 با سرعت بالا + PHY با سرعت کامل، پشتیبانی از USB-PD؛

چندین رابط FDCAN، I³C، I²C، SPI، xSPI با سرعت بالا و UART/LPUART، مناسب برای شبکه‌سازی از راه دور سنسورها و درایوهای سروو؛

چندرسانه‌ای و رابط انسان و ماشین

شتاب‌دهنده گرافیکی 2 بعدی Chrom-ART، کدک JPEG سخت‌افزاری، کنترلر TFT-LCD و رابط دوربین موازی، قادر به راه‌اندازی نمایشگرهای HMI سطح بالا و فعال کردن اکتساب و پیش‌پردازش تصویر محلی؛

آنالوگ و کنترل بی‌درنگ

چندین ADC، DAC و مقایسه‌گر آنالوگ 12 بیتی با سرعت بالا؛

آرایه تایمر پیشرفته، پشتیبانی از خروجی PWM چند کاناله، مناسب برای کنترل سروو چند محوره و موتورهای بدون جاروبک BLDC؛

کنترل‌کننده‌های DMA چند سطحی HPDMA/GPDMA، که انتقال داده بدون دخالت CPU را بین لوازم جانبی و حافظه امکان‌پذیر می‌سازد؛

نوع بسته: LQFP100 (بسته استاندارد با پسوند 'VI')، که تعداد پین‌های I/O را با پیچیدگی مسیریابی PCB متعادل می‌کند تا تکرار سخت‌افزار در محصولات نهایی را تسهیل کند.

IV. قابلیت‌های امنیتی سخت‌افزاری چند لایه

این تراشه به طور بومی یک زیرسیستم امنیتی کامل را ادغام می‌کند که برای پشتیبانی از گواهینامه‌های امنیتی PSA Certified Level 3 و SESIP3 طراحی شده است:

دامنه امنیتی ایزوله شده با سخت‌افزار TrustZone؛

شتاب‌دهنده رمزنگاری سخت‌افزاری SAES (پشتیبانی از AES، SHA، ECC و سایر الگوریتم‌های رایج ملی و بین‌المللی)؛

حافظه OTP (قابل برنامه‌ریزی یک‌باره) امن و ماژول تشخیص دستکاری؛

بوت امن، رمزگذاری سفت‌افزار و به‌روزرسانی امن سفت‌افزار (SFI) برای جلوگیری از دستکاری سفت‌افزار و کلونینگ غیرمجاز.

V. زمینه‌های کاربردی معمول

اتوماسیون صنعتی: کنترل‌کننده‌های حرکت سطح بالا، کنترل‌کننده‌های سروو چند محوره، گیت‌وی‌های صنعتی TSN، واحدهای بازرسی بینایی هوشمند؛

ربات‌های انسان‌نما / ربات‌های متحرک: کنترل مفصل بی‌درنگ، ادراک و محاسبات هوش مصنوعی محلی، پردازش ادغام چند سنسور؛

رابط انسان و ماشین (HMI) سطح بالا: پایانه‌های لمسی صنعتی، پنل‌های هوشمند، دستگاه‌های تشخیص تصویر محلی؛

تجهیزات انرژی هوشمند: مبدل‌های توان بالا، سیستم‌های کنترل ذخیره انرژی، واحدهای نظارت بر انرژی با دقت بالا؛

تجهیزات تخصصی با قابلیت اطمینان بالا: محموله‌های هوافضا، گیت‌وی‌های لبه فضای باز، تجهیزات نظارت پزشکی سطح بالا؛

واحدهای کنترل لبه در خودرو: حسگرهای هوشمند خارج از دامنه ایمنی، گیت‌وی‌های خودرو، HMI های خودرو.

VI. خلاصه نکات برجسته کلیدی محصول

فناوری فرآیند پیشرفته: FD-SOI 18 نانومتری، ارائه مقاومت حرارتی بالا، جریان نشتی کم و مقاومت عالی در برابر تداخل محیطی

توان محاسباتی برتر: Cortex-M85 800 مگاهرتزی + افزونه برداری Helium، متعادل کننده کنترل بی‌درنگ با استنتاج هوش مصنوعی لبه

حافظه نوآورانه: حافظه تغییر فاز PCM 2 مگابایتی، با استقامت بالا در پاک کردن/نوشتن و پشتیبانی از به‌روزرسانی‌های پارامتر آنلاین مکرر

اتصال با سرعت بالا: اترنت گیگابیتی TSN داخلی، USB با سرعت بالا، FDCAN و باس‌های صنعتی نسل بعدی I³C

امنیت سخت‌افزاری بومی: TrustZone + رمزنگاری سخت‌افزاری، مطابق با استانداردهای امنیتی بالای IoT و صنعتی

اکوسیستم بالغ: کاملاً سازگار با محیط توسعه STM32Cube و زنجیره ابزار هوش مصنوعی STM32Sidekick، امکان انتقال سریع نرم‌افزار موجود STM32 را فراهم می‌کند.

STM32V873VI بر گلوگاه سنتی در میکروکنترلرهای با کارایی بالا غلبه می‌کند، جایی که 'افزایش توان محاسباتی با افزایش شدید مصرف برق و تنش حرارتی همراه است'. با بهره‌گیری از ترکیب فرآیند FD-SOI 18 نانومتری و هسته Cortex-M85، این تراشه دستگاهی ارجح برای یک راه‌حل یکپارچه تک تراشه‌ای است که کنترل حرکت بی‌درنگ، پردازش سیگنال، استنتاج هوش مصنوعی محلی، شبکه‌سازی با سرعت بالا و نمایش گرافیکی را امکان‌پذیر می‌سازد.