Seri STM32G4 diluncurkan pada Juni 2019 sebagai versi peningkatan dari seri F3, yang menawarkan peningkatan kinerja dan kemampuan analog-digital. Seri ini menghadirkan peningkatan dalam hal kinerja, perangkat tambahan, dan keamanan.
Tentang STM32G4
Mikrokontroler berkinerja tinggi STM32G4 merupakan produk generasi terbaru yang unik dari ST, yang menawarkan kinerja luar biasa dan cocok untuk berbagai aplikasi seperti pengendalian motor, peralatan industri, daya digital, pengendalian tingkat tinggi, dan banyak lagi. Mikrokontroler ini dilengkapi dengan inti Cortex-M4 berkecepatan 170MHz yang dilengkapi unit bilangan floating-point terintegrasi, unit perkalian-akumulasi satu instruksi, Cordic (perhitungan fungsi trigonometri berbasis perangkat keras), komparator berkecepatan tinggi, penguat operasional berkecepatan tinggi, ADC berkecepatan tinggi, DAC berkecepatan tinggi, dukungan CAN FD, kemampuan pembaruan online, dukungan AES dan keamanan informasi, USB Type-C PD3.0 terintegrasi, serta menggabungkan kinerja tinggi dengan karakteristik konsumsi daya rendah.
Arsitektur STM32G4
Arsitektur baru STM32G4 mengadopsi DNA dasar dari STM32F3, namun dilengkapi dengan fitur-fitur inovatif dan teroptimasi untuk memenuhi kebutuhan spesifik berbagai pasar. Misalnya, penambahan akselerator matematika secara signifikan meningkatkan kinerja dalam aplikasi kontrol motor FOC (Field-Oriented Control). CAN FD sangat mendukung aplikasi daya digital di lingkungan industri. Dengan mengintegrasikan lebih banyak komponen analog dan digital pada die, STM32G4 dapat menciptakan catu daya yang lebih padat dan bertenaga untuk pusat server serta memenuhi kebutuhan produk konsumen yang hemat biaya yang memerlukan solusi daya digital. STM32G4 juga membuka jalan bagi desain masa depan, seperti munculnya perangkat silikon karbida (SiC) atau gallium nitrida (GaN) di sektor otomotif, yang menuntut timer yang lebih presisi untuk mengakomodasi frekuensi switching yang lebih tinggi. Dengan 12 saluran timer resolusi tinggi, STM32G4 dapat mendukung desain yang melibatkan komponen-komponen tersebut, sehingga memungkinkan pengembangan produk elektronik mutakhir.
Spesifikasi STM32G4
Perangkat STM32G431x6/x8/xB didasarkan pada inti RISC 32-bit Arm® Cortex®-M4 berkinerja tinggi, yang beroperasi pada frekuensi hingga 170MHz. Inti Cortex-M4 dilengkapi dengan unit bilangan floating-point presisi tunggal (FPU) dan mendukung semua instruksi pemrosesan data serta tipe data presisi tunggal dari Arm.
Perangkat ini menyediakan dua ADC 12-bit yang cepat (5 MSPS), empat komparator, tiga penguat operasional, empat saluran DAC (dua eksternal dan dua internal), buffer referensi tegangan internal, RTC berdaya rendah, timer 32-bit serbaguna, dua timer PWM 16-bit yang didedikasikan untuk kontrol motor, tujuh timer 16-bit serbaguna, dan timer 16-bit berdaya rendah.
Mikrokontroler STM32G4 dalam kemasan LQFP64 (Arm® Cortex®-M4 pada 170 MHz) mencakup:
- STM32G431RBT6: 128 KB Flash dan 32 KB SRAM;
- STM32G491RET6: 512 KB Flash dan 96 KB SRAM;
- STM32G474RET6: 512 KB Flash dan 128 KB SRAM;
- Sepenuhnya kompatibel dengan STM32G473RET6 (512 KB Flash dan 128 KB SRAM).
- 1 LED pengguna;
- 1 tombol pengguna dan 1 tombol reset;
- Osilator kristal LSE 32,768 kHz;
- Osilator HSE 24 MHz;
- Konektor papan sirkuit:
- USB dengan Micro AB;
- Konektor debugging MIPI®;
- Konektor ekspansi ARDUINO® Uno V3;
- Header pin ekstensi ST Morpho untuk akses penuh ke semua I/O STM32G4;
- Opsi daya yang fleksibel: ST-LINK, USB VBUS, atau daya eksternal;
- Debugger/programmer STLINK-V3E dengan fitur re-enumerasi USB: penyimpanan besar, port COM virtual, dan port debug;
- Paket perangkat lunak MCU STM32CubeG4 menyediakan perpustakaan perangkat lunak gratis yang komprehensif dan contoh-contoh;
- Dukungan untuk berbagai lingkungan pengembangan terintegrasi (IDE), termasuk MDK-ARM dan STM32CubeIDE.
Dua Bank Memori Flash dan Area Penyimpanan Aman
Salah satu fitur utama dari MCU STM32G47x adalah dua bank memori flash. Pada dasarnya, MCU ini membagi memori flash menjadi dua area penyimpanan fisik yang masing-masing memiliki kemampuan baca-tulis (RWW). Hal ini memungkinkan pengunduhan, pemasangan, dan pengoperasian firmware baru tanpa gangguan apa pun. Sistem beroperasi pada satu bank memori, sementara yang lain menerima firmware baru. Sistem kemudian dapat menukar bank memori dan beralih secara mulus ke menjalankan kode baru. Pengembang juga dapat melindungi operasi pengunduhan menggunakan fitur keamanan baru yang tersedia pada STM32G4, seperti area penyimpanan aman. Area penyimpanan aman ini dapat menyimpan kunci atau bagian kode untuk rutinitas perangkat lunak dan menjalankannya hanya sekali setelah reset, sehingga tidak terlihat oleh kode pengguna setelahnya.
Pengatur Waktu Resolusi Tinggi dan Tiga Pengatur Waktu Kontrol Motor Tingkat Lanjut
Seri STM32G4 adalah seri pertama yang dilengkapi dengan timer beresolusi di bawah 200 pikodetik dalam arsitektur MCU ST. Salah satu keunggulan utamanya adalah G4 mampu mengendalikan catu daya presisi tinggi dalam topologi resonan LLC. Dengan tujuh basis waktu yang tersedia, pengembang dapat menggabungkannya untuk modulasi yang sangat halus, dan timer ini juga menyediakan modulasi lebar pulsa (PWM) yang sangat fleksibel. Timer resolusi tinggi ini dilengkapi dengan penangan peristiwa, sehingga memudahkan insinyur untuk mengonfigurasi dan memanggil timer atau menggunakannya untuk menghasilkan interupsi.
Fitur STM32G4
Kinerja yang Tangguh
STM32G4, yang didasarkan pada inti Arm® Cortex®-M4, mendukung set instruksi FPU dan DSP, dengan frekuensi inti hingga 170MHz. Hal ini merupakan peningkatan yang signifikan dibandingkan dengan frekuensi inti 72MHz pada seri STM32F3 dan STM32F1. Selain itu, STM32G4 memperkenalkan tiga akselerator perangkat keras: akselerator ART (cache dinamis), CCM-SRAM (cache statis), dan akselerator komputasi matematis.
Dalam hal throughput komputasi, STM32G4 sebanding dengan seri STM32F4. Sebagai bagian dari domain mikrokontroler "mixed-signal", STM32G4 menyediakan fitur-fitur baru dan teroptimasi untuk aplikasi digital maupun analog. Inti Cortex-M4-nya beroperasi pada frekuensi maksimum 170 MHz, dengan 213 DMIPS dan skor CoreMark hingga 550. Arsitektur produk ini mengintegrasikan berbagai peningkatan optimasi untuk meningkatkan kemudahan dan kemampuan pengembangan selama proses desain.
Periferal Analog-Digital Bawaan yang Lengkap
Salah satu fitur unggulan STM32G4 adalah rangkaian periferal analog terintegrasi yang lengkap, termasuk ADC, DAC, penguat operasional, dan komparator. Seri STM32G4 menawarkan hingga 25 periferal analog pada konfigurasi MCU tertinggi.
Fungsi yang Dioptimalkan
Selain periferal analognya yang melimpah, STM32G4 juga mengintegrasikan fungsi-fungsi yang dioptimalkan untuk pemrosesan sinyal. Misalnya, konverter analog-ke-digital (ADC) dilengkapi dengan kompensasi gain dan offset secara perangkat keras, sehingga mengurangi beban CPU dan meningkatkan kinerja. Demikian pula, sistem ini dapat secara otomatis dan terus-menerus menangani pengecualian perangkat keras hingga delapan kali. Ketika sistem mengambil sampel sinyal di luar jendela watchdog-nya, biasanya dirancang sebuah rutin untuk mengambil sampel ulang sinyal tersebut guna menilai apakah itu merupakan kesalahan atau masalah sistemik. Berkat tingkat integrasi perangkat keras yang tinggi pada STM32G4, pengembang dapat mengelola peristiwa pengecualian dengan lebih efisien.
Konsumsi Daya Rendah
Ketika sebuah MCU serbaguna dihadapkan pada kebutuhan daya yang rendah, mode efisiensi daya dinamis STM32G4 mampu mengurangi konsumsi daya hingga lebih dari dua kali lipat dibandingkan dengan DSP pesaing yang memiliki kinerja serupa.
Integrasi Sistem pada Chip
Dengan kemasan yang lebih kecil dan komponen eksternal yang lebih sedikit, STM32G4 mengintegrasikan semua fungsi analog ke dalam chip, sehingga mengurangi ukuran PCB pada tingkat papan sirkuit dan biaya daftar bahan (BOM).
Akselerator Matematika Terbaru
STM32G4 adalah chip STM32 pertama yang dilengkapi dengan dua akselerator matematika: satu untuk perhitungan trigonometri (Coordinate Rotation Digital Computer atau CORDIC) dan satu lagi untuk fungsi penyaringan digital (Filter Mathematical Accelerator atau FMAC). CORDIC sangat menguntungkan untuk operasi vektor, yang umumnya digunakan dalam Kontrol Berorientasi Medan (FOC) pada pengendalian motor. CORDIC juga menyediakan akselerasi perangkat keras untuk fungsi trigonometri yang sering ditemui dalam pengendalian motor, metrologi, pemrosesan sinyal, dan aplikasi lainnya. Di sisi lain, FMAC dapat digunakan untuk menghasilkan kompensator tiga-pol tiga-nol (3p3z) (daya digital), modulator Sigma-Delta, dan pembentuk noise dalam pemrosesan sinyal. FMAC juga mendukung implementasi dua filter digital utama dalam pemrosesan sinyal: filter Finite Impulse Response (FIR) dan Infinite Impulse Response (IIR).
Akselerator Matematika Terbaru
STM32G4 adalah chip STM32 pertama yang dilengkapi dengan dua akselerator matematika: satu untuk perhitungan trigonometri (Coordinate Rotation Digital Computer atau CORDIC) dan satu lagi untuk fungsi penyaringan digital (Filter Mathematical Accelerator atau FMAC). CORDIC sangat menguntungkan untuk operasi vektor, yang umumnya digunakan dalam Kontrol Berorientasi Medan (FOC) pada pengendalian motor. CORDIC juga menyediakan akselerasi perangkat keras untuk fungsi trigonometri yang sering ditemui dalam pengendalian motor, metrologi, pemrosesan sinyal, dan aplikasi lainnya. Di sisi lain, FMAC dapat digunakan untuk menghasilkan kompensator tiga-pol tiga-nol (3p3z) (daya digital), modulator Sigma-Delta, dan pembentuk noise dalam pemrosesan sinyal. FMAC juga mendukung implementasi dua filter digital utama dalam pemrosesan sinyal: filter Finite Impulse Response (FIR) dan Infinite Impulse Response (IIR).
Aplikasi STM32G4
STM32G4, sebagai produk yang didasarkan pada arsitektur Arm Cortex-M4, ditujukan untuk aplikasi MCU kelas menengah. Produk ini dirancang terutama untuk pengendalian motor, peralatan industri, instrumen pengukuran, aplikasi konsumen kelas atas, dan daya digital, serta menawarkan kombinasi pemrosesan sinyal digital dan analog untuk memenuhi kebutuhan pengguna. Pasar sasaran mencakup konversi daya digital, yang meliputi pengisian daya nirkabel, daya telekomunikasi, penggerak motor, pengendalian LED, mesin las, aplikasi industri, sistem UPS, koreksi faktor daya, server, pusat data, inverter fotovoltaik, dan lainnya.
Varian STM32G4
STM32G4x1 dan STM32G4x3 dirancang untuk aplikasi umum dan pengendalian motor.
STM32G4x1 merupakan seri dasar, dengan konfigurasi periferal analog tingkat pemula dan satu bank memori flash. Ukuran memori flash yang didukung berkisar antara 32KB hingga 512KB.
STM32G4x3 adalah seri yang ditingkatkan, menawarkan lebih banyak periferal analog dibandingkan perangkat dasar, serta bank memori flash ganda. Ukuran memori flash juga ditingkatkan, berkisar antara 128KB hingga 512KB, sehingga cocok untuk aplikasi yang lebih canggih.
STM32G4x4 ditujukan untuk pasar spesifik seperti daya digital dan merupakan seri resolusi tinggi. Selain rangkaian periferal analog dan sumber daya memori yang kaya yang tersedia pada seri yang ditingkatkan, seri STM32G4x4 juga mencakup timer resolusi tinggi, generator gelombang kompleks, dan penangan peristiwa, sehingga sangat cocok untuk aplikasi daya digital seperti catu daya mode sakelar digital, pencahayaan, pengelasan, energi surya, dan pengisian daya nirkabel.
Ekosistem Pengembangan STM32G4
STM32G4 terus mengembangkan ekosistem STM32 dan ARM Cortex-M4, dengan menawarkan sumber daya perangkat keras seperti:
- Papan pengembangan NUCLEO untuk dukungan MCU STM32G4.
- Papan evaluasi berfitur lengkap: STM32G474E-EVAL dan STM32G484E-EVAL, dengan enkripsi dan akselerometer terintegrasi.
- Alat pengembangan kontrol motor lengkap: papan pengembangan khusus kontrol motor Nucleo (P-NUCLEO-IHM03).
- Kit penemuan: B-G474E-DPOW1*, B-G431B-ESC1*.
Alat dan sumber daya ini memungkinkan pengembang untuk secara efisien menjelajahi dan mengembangkan aplikasi dengan keluarga mikrokontroler STM32G4.
Perangkat lunak untuk STM32G4 meliputi: STM32CubeMX, IDE untuk kompilasi dan debugging, serta alat pemrograman STM32.
Proyek Papan Pengembangan STM32G4 - Menyalakan LED
Papan pengembangan STM32G431 dilengkapi dengan tombol pengguna dan lampu LED. Berdasarkan diagram skematik, LD2 terhubung ke PA5. Jika Anda ingin menyalakan lampu LED, PA5 harus berada pada level tinggi. Tombol pengguna B1 terhubung ke PC13, dan akan berada pada level tinggi saat ditekan.
Pemilih MCU
Model chip yang digunakan dalam contoh ini adalah: STM32G431RBT6; dilengkapi dengan memori flash 128KB dan SRAM 32KB, serta frekuensi operasi hingga 170MHz.
Konfigurasi Jam
Konfigurasi Pin GPIO
Manajer Proyek
Konfigurasi Pin LED dan Tombol
Fungsi Tombol
/*Get key value*/
uint8_t Get_KeyVal(void)
{
uint8_t static stat=0;
if(HAL_GPIO_ReadPin(USER_GPIO_Port,USER_Pin)==1 && stat==0)//Determine whether the button is pressed
{
HAL_Delay(20);//Delay debounce
stat=1;
if(HAL_GPIO_ReadPin(USER_GPIO_Port,USER_Pin))return 1;
}
else if(HAL_GPIO_ReadPin(USER_GPIO_Port,USER_Pin)==0)
{
stat=0;
}
return 0;
}
Fungsi Utama:
uint8_t key;
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
key=Get_KeyVal();
if(key)
{
HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);
}
}
