STマイクロエレクトロニクス社製MCU搭載リファレンスボード | 技術コラム

開発背景

ネクスティ エレクトロニクスは、エレクトロニクス商社として多種多様な商材を取り扱っているため、その強みを生かして、オリジナルリファレンスボード開発をしています。

このリファレンスボードは、

• 音声系(音声認識・音声合成)
• 非接触によるUI(ジェスチャーセンサー)
• 無線系(Wi-Fi/Bluetooth、LTE-M)、カメラ

などを接続し、さまざまな分野・産業で活用出来るようリファレンスボードの開発を実施しました。

• STM版リファレンスボードを活用できる分野のイメージ

  

リファレンスボードのコンセプト

STM版リファレンスボードは、以下のコンセプトで設計しています。

• 1.マイク、ヘッドホンまたはスピーカーを接続可能
  　オーディオジャックを搭載しているため、既製品を接続可能。
• 2.Wi-Fi/Bluetoothモジュールを接続可能
  　無線系(Wi-Fiなど)の一部インターフェースに対応。
• 3.USBカメラやUSBデバイス機器を接続可能
  　USBデバイス、ホスト機能に対応。
• 4.I2C, SPI, UARTインターフェースのコネクター搭載
  　各インターフェースに対応したセンサーなどを接続可能。
• 5.コンパクトな基板サイズ
  　基板サイズは70mm x 70mmで手のひらサイズ。

全体ブロック図

USB Type-Cコネクター(PD非対応)から電源を供給し、基板内部で3.3V(デジタル用、アナログ用)と1.8Vを生成しています。

下図中央にあるSTM製MCU(STM32H753)が、さまざまなICと接続されています。 また、リファレンスボードは下記のような機能を搭載し、多種多様な機器と接続可能です。

• USB miro-ABコネクターx2、
• microSDカードスロットx1、
• Audioジャックx1、
• M.2コネクター(E-key)x1、
• 多様なインターフェースを出力可能な汎用ピンヘッダー合計70本

LDO（STM）  /  DC/DC（STM）  /  LDO（STM）  /  MCU（STM）  /  SDRAM（マイクロンテクノロジー）  /  NOR Flash（マイクロンテクノロジー）  /  Level Shifter（NXPセミコンダクターズ）  /  Audio Codec（アナログ・デバイセズ）

MCU(STM32H753)とは

STM32H753xIデバイスは、高性能なArm® Cortex®-M7 32ビットRISCコアを基にして、最大480 MHzで動作します。

このコアは、倍精度（IEEE 754準拠）および単精度のデータ処理命令をサポートする浮動小数点ユニット（FPU）を備えています。また、DSP命令のフルセットとメモリ保護ユニット（MPU）をサポートし、アプリケーションのセキュリティを強化しています。

STM32H753xIデバイスには、

• 2 Mバイトのデュアルバンクフラッシュメモリ
• 最大1 MバイトのRAM（192 KバイトのTCM RAM、最大864 KバイトのユーザーSRAM、4 KバイトのバックアップSRAMを含む）

が組み込まれ、APBバス、AHBバス、2x32ビットのマルチAHBバスマトリックス、内部および外部メモリアクセスをサポートするマルチレイヤーAXIインターコネクトに接続された多様なI/Oおよび周辺機器を備えています。

このMCUは、

• 3x ADC
• 2x DAC
• 2x 超低消費電力コンパレータ
• 低消費電力RTC
• 高解像度タイマー
• 12x 一般用途16ビットタイマー
• モーター制御用の2x PWMタイマー
• 5x 低消費電力タイマー
• 乱数生成器（RNG）、および暗号化アクセラレーションセルを提供します。

また、外部シグマデルタ変調器（DFSDM）用の4つのデジタルフィルタをサポートし、標準および高度な通信インターフェースも備えています。

STM32H743/753（公式HP）

Core

• ●32-bit Arm^® Cortex^®-M7コア
  ●ダブル精度FPU（浮動小数点演算ユニット）
  ●L1キャッシュ:
  　- データキャッシュ: 16 Kbytes
  　- 命令キャッシュ: 16 Kbytes
  ●最大動作周波数: 480 MHz
  ●メモリ保護ユニット（MPU）搭載
  ●性能: 1027 DMIPS / 2.14 DMIPS/MHz（Dhrystone 2.1）
  ●DSP命令のサポート

Memory

• ●フラッシュメモリ: 2 Mbytes（読み書き同時サポート）
  ●RAM: 1 Mbyte
  　- TCM RAM: 192 Kbytes
  　　・ITCM RAM: 64 Kbytes
  　　・DTCM RAM: 128 Kbytes（時間的に重要なルーチン用）
  　- ユーザーSRAM: 864 Kbytes
  　- バックアップドメイン内SRAM: 4 Kbytes
  ●デュアルモードQuad-SPIメモリインターフェース: 最大133 MHzで動作
  ●柔軟な外部メモリコントローラー:
  　- 最大32ビットデータバス
  　- 対応メモリ: SRAM、PSRAM、SDRAM/LPSDR SDRAM、NOR/NANDフラッシュメモリ（同期モードで最大100 MHz）
  ●CRC計算ユニット

Communication Peripherals

• ●4× I2C FM+インターフェース（SMBus/PMBus）
  ●4× USARTs / 4× UARTs（ISO7816インターフェース, LIN, IrDA最大12.5 Mbit/s）、1× LPUART
  ●6× SPI（3つは内部オーディオPLLまたは外部クロックを介したデュプレックスI2Sオーディオクラス精度1× I2S（LPドメイン内、最大150 MHz）
  ●4× SAI（シリアルオーディオインターフェース）
  ●SPDIFRXインターフェース
  ●SWPMIシングルワイヤプロトコルマスターインターフェース
  ●MDIOスレーブインターフェース
  ●2× SD/SDIO/MMCインターフェース（最大125 MHz）
  ●2× CANコントローラー（2つはCAN FD対応、1つはTT-CAN）
  ●2× USB OTGインターフェース（1 FS、1 HS/FS）
  ●Ethernet MACインターフェース（DMAコントローラー付き）
  ●HDMI-CEC
  ●8ビットから14ビットのカメラインターフェース（最大80 MHz）

Analog Peripherals

• ●3× ADC（アナログ-デジタルコンバータ）
  　- 最大解像度: 16ビット
  　- 最大36チャンネル
  　- 最大サンプリングレート: 3.6 MSPS
  ●1× 温度センサー
  ●2× 12ビットD/Aコンバータ（1 MHz）
  ●2× 超低消費電力コンパレータ
  ●2× オペアンプ（帯域幅: 7.3 MHz）
  ●1× デジタルフィルタ（シグマデルタモジュレータ用 DFSDM）
  　- チャンネル数: 8
  　- フィルタ数: 4

リファレンスボードのコネクター

リファレンスボードはUSB micro-ABコネクターを2つ、microSDカードスロットを1つ、Audioジャックを1つ、M.2コネクターを1つ、汎用インターフェースを合計70本（次セクション参照）を搭載しており、外部のセンサーやUSBカメラなど、さまざまなデバイスと接続することが可能です。

USB

• FS：USB2.0フルスピード（max.12Mbps）対応
• HS：USB2.0ハイスピード（max.480Mbps）対応
• ホスト機能、デバイス機能を切り替え可能

microSD

• SD2.0対応（信号電圧3.3V、max.12.5MB/s）

Audio

• イヤホン出力/マイク入力可能（CTIA規格のみ接続可能）
• I2S/LJ/RJ/TDMデジタルオーディオインタフェース対応
• ステレオ出力、サンプリング周波数max.96kHzまで対応

Wi-Fi/Bluetooth

• 背面にあるM.2コネクターにWi-Fiモジュールおよび、ネクスティ エレクトロニクスで開発したLTE-M基板を搭載することが可能です。対応しているEmbedded Artist製のWi-Fiモジュールは、下表の通りです。
  ※技適対応/非対応についてはお問い合わせください。

汎用インターフェース

汎用ピンヘッダーを通じて、下記インターフェースを使用することが可能です。

• SPI：max.2チャネル
• I2C：max.1チャネル
• UART：max.4チャネル
• USART：max.1チャネル

※全て信号電圧は3.3V

SPI

• マスターおよびスレーブモードで最大150 Mbit/sの通信が可能
• Half-Duplexモード、Full-Duplexモード、Simplexモード対応
• フレームは4ビットから16ビットまで設定可能
• NSSパルスモード、TIモードをサポート

I²C

• スレーブおよびマスターモード、マルチマスタ機能
• スタンダードモード（Sm）、ビットレート最大100 kbit/s対応
• ファストモード（Fm）、ビットレート最大400 kbit/s対応
• ファストモードプラス（Fm+）、ビットレート最大1 Mbit/s対応
• 7ビットおよび10ビットアドレッシングモード、複数の7ビットスレーブアドレス対応

UART

• DMAを使用した連続通信対応
• データ長は7,8,9ビット対応

USART

• ハードウェアフロー制御対応
• DMAを使用した連続通信対応
• 同期通信対応
• データ長は7,8,9ビット対応