STM32F769I-DISCO 开发套件——硬件资源介绍

　　近期参加 STMicroelectronics 的活动，幸运地获得一套 STM32F769I-DISCO 开发套件，因为毕业之后的工作以 Linux 应用开发为主，我对 STM32 的印象大多还停留在大学时期的基于标准库开发的 STM32F103 系列。实际上，STM32 在我国得到了非常广泛的应用，这些年也发展出很多系列产品以及软件开发工具，所以今天就抽点时间来学习一下 STM32F769I-DISCO，它是 STMicroelectronics 公司基于 ARM Cortex®-M7 系列微控制器——STM32F769NIH6 芯片的开发板。
　　事不宜迟，我们赶快来一睹 STM32F769I-DISCO 的芳容吧！

STM32F769-DISCO 开发套件

STM32F769-DISCO 概述

　　STM32F769I-DISCO 开发套件得益于音频、多传感器支持、图形、安全、视频和高速连接功能，适用于广泛的应用。 Arduino 连接支持提供无限扩展功能，可选择专业附加板。 STM32F769 系列微控制器性能强劲，在 216MHZ 频率下可达到 1082 CoreMark 的水平，最高 2MB Flash 及 512K SRAM，能支持大多数 IoT 及可穿戴应用。内置 MIPI-DSI 控制器，借助 ST 官方自家的 Chrom-ART 加速技术，ST 希望将智能手机的 GUI 效果引入到日常应用中。除此之外，STM32F69 还内置 FMC 控制器，QSPI 接口，以太网 MAC，SDMMC，USB 及摄像头接口，以便在未来的消费电子、工业及医疗应用中能占有一席之地！
　　ST 推出新款微控制器芯片，让穿戴式装置、智能家电产品等物联网（IOT, Internetof Things）应用具有出色的图形处理性能，实现像智能手机一样的直观的图形用户界面。通过整合 Chrom-ART Accelerator™ 技术及已被广泛用于先进智能手机和平板计算机的MIPI-DSI 技术，STM32F769 新系列微控制器的性能达到更高水平，且不会增加成本及影响电池的续航能力。基于一颗性能强大的低功耗32位 ARM® Cortex®-M7 MCU（微控制器单元）内核，辅以Chrom-ART Accelerator 和 ART Accelerator™ 存取加速技术，新产品可提升图形处理性能、实时处理速度以及内核对程序内存的访问速度。通过整合加速器和 MIPI-DSI 接口，新款微控制器能够独立执行要求严格的实时系统控制、监视等应用任务，无需另外搭载性能更强大、能耗更高的处理器。STM32F7 集成了 Cortex®-M7，其特点是具有 1 级缓存 （ L1- 缓存），该缓存分为两个缓存：数据缓存 （ D- 缓存）和指令缓存 （ I- 缓存），这样可以实现具有最佳性能的哈佛架构。这些缓存使得即使在高频率下也可以达到零等待状态。外部存储方面，STM32F769-DISCO 开发板集成 512 Mbit 的QSPI Flash 及 128 Mbit 的 SDRAM。外部 Nor Flash 的型号为 MX25L51245G，通过 QSPI 接口与 MCU 相连，大容量外部 Nor Flash 大大缓解了内部 Flash 不足的问题，开发者可以将一些图片、字库等比较占存储空间的外部资源，存储到 Nor Flash 中，而 QSPI 接口能够提供高速带宽，消除读写瓶颈问题。另一个是 SDRAM，容量为 128 Mbit 的 MT48LC4M32B2。关于 MX25L51245G 及 MT48LC4M32B2 的相关参数，可参考相应产品的数据手册。

STM32F769-DISCO 开发板正面

STM32F769-DISCO 开发板背面

STM32F769-DISCO 开发板拆开 LCD 显示器

STM32F769-DISCO 板载资源介绍

　　STM32F769NIH6 Cortex-M7 内核微控制器，具有 2MB 闪存，532KB RAM， RAM 包括：512KB数据 SRAM、16KB 指令 TCM RAM（时间关键程序内存）和 4KB 备份 SRAM，BGA216 封装；
　　4 英寸电容触摸屏，带有 MIPI DSI 显示屏连接器；
　　可选 DSI LCD，HDMI 转接板和 DSI 转接板；
　　串行音频接口（SAI）音频编解码器；
　　2 个音频线路插孔，一个用于输入，一个用于输出；
　　立体声扬声器输出；
　　DFSDM 输入上具有 4 个 ST MEMS 麦克风；
　　2 个 S/PDIF RCA 输入和输出连接器；
　　2个按钮（1个用户、一个复位）；
　　512M 位 Quad-SPI 闪存；
　　128M 位 SDRAM；
　　MicroSD 卡插槽；
　　WiFi 或 Ext-EEP 子板连接器；
　　USB OTG HS 通过 Micro-AB 连接器；
　　符合 IEEE-802.3-2002 标准的以太网RJ45 连接器；
　　板载 ST-LINK/V2-1 支持 USB 重新计数功能；
　　USB ST-LINK 功能：虚拟 COM 端口、大容量存储和调试端口；
　　5 个电源选项：ST LINK/V2-1、USB HS连接器、以太网5V供电、Arduino 或外部连接器5V、USB 充电器；
　　以太网供电基于 IEEE 802.3af 标准（支持48V到5V，3W的电源设备）；
　　+3.3V 或 +5V 直流电源输出，用于外部电路；
　　Arduino Uno V3连接器；
　　完整的免费软件，包括各种示例，STM32Cube SDK 的一部分；
　　受多种集成开发环境支持；

STM32F769-DISCO 开发板硬件框图

　　以上板载资源可以看出，STM32F769I-DISCO 重点突出部分包括对声音和图像的处理，如音频的输入、输出和声音录制；大数据传输的处理如 USB 口及 SD 卡接口，都能体现出 STM32F7 的强大性能。

STM32F769-DISCO 主控制器

　　STM32F769NIH6 采用 ARM Cortex-M7 内核，STM32F7 系列器件是首款基于 ARM® Cortex®-M7 32 位 RISC 内核的微控制器。Cortex®-M7 内核带有高性能单 / 双精度浮点运算单元（ARM），支持单 / 双精度数据处理指令和数据类型。它还具有一整套 DSP 指令和提高应用安全性的一个存储器保护单元（MPU）。
　　Cortex®-M7 的特性是具有分支预测和双指令执行的 6/7- 级超标量流水线。利用 ST 的 ART 加速器 ™ 和 L1 缓存的优势， STM32F7 系列器件实现了 Cortex®-M7 的最大理论性能。STM32F7 集成了 Cortex®-M7，其特点是具有 1 级缓存 （ L1- 缓存），该缓存分为两个缓存：数据缓存 （ D- 缓存）和指令缓存 （ I- 缓存），这样可以实现具有最佳性能的哈佛架构。Cortex®-M7 具有五个接口： AXIM、 ITCM、 DTCM、 AHBS 和 AHBP。STM32F769NIH6主频率可达216MHz，462MDIPS，内置2MB Flash，542KB RAM。

音频部分

　　值得一提的是，STM32F769I-DISCO 板载 Wolfson 公司的音频 CODEC 芯片 WM8994。
　　WM8994 是高度集成智能手机用超低功耗高保真音频 CODEC，具有高保真 24 位 4 路 DAC 和 2 路 ADC，立体声 DAC 播放的 SNR 为 100dB（A加权），1W 立体声 / 2W 单声道 D 类 / AB 类扬声器驱动器，无电容 W 类耳机驱动器，智能的 MIC 接口和高性能模拟 MIC 接口，主要应用在智能手机和音乐手机，手提导航仪和移动互联网设备（MID），WM8994 曾被用于魅族 MX2，可见 STM32F769I-DISCO 音频处理能力突出。
　　SPDIF 音频输入输出口，扬声器接口。值得一提的是，板卡还专门搭载了一个 SONY、PHILIPS 数字音频接口 SPDIF，从板载完整的音频电路功能，再到 SPDIF 接口，我们能发现 ST 的意图很明显，STM32F7 Discovery 可以说是一款特别针对于数字音频领域的一款开发板，作为音乐播放器可能效果会比较理想。

电源部分

　　STM32F769I-DISCOVERY 探索者评估板设计由直流 5V 电源供电。可配置板卡使用下列5种电源来源：

STM32F769-DISCO 开发板的 5 种供电方式

　　直流 5V 电源适配器连接到 JP1（Ext 5V），在这种情形下，32F769IDISCOVERY 评估板必须由一个电源单元或者一个服从 EN-60950-1: 2006+A11/2009 标准的辅助装备供电，且必须为带有限制电源容量的安全的外部低电压（SELV）。
　　直流 7-12V 电源来自丝印层 CN11 名为 Vin，Arduino UNO 扩展板或者子板。输入容量取决于输入电压：
　　当Vin=7V时，可达800mA输入电流；
　　当7V<Vin<=9V时，可达450mA输入电流;
　　当9V<Vin<=12V时，可达250mA输入电流；
　　
　　5V 直流电源充电器连接到了 USB ST-LINK（CN16），这种情形下，如果32F769IDISCOVERY探索者评估板由外部USB充电器供电那么调试功能将不可用。如果板卡连接到了PC，那么限制无效并有高风险损坏PC（CN3的跳冒接在chgr）。
　　来自RJ45连接器CN10（以太网）的48V直流电源。在这种情形下，板卡上的PoE模块产生5V电源，且可提供高达600mA电流。这个模块是一个符合IEEE802.3af class 1 / 2标准的电源设备。外部电源必须完全符合IEEE 802.3af（CN3的跳冒接在poe5V）。
　　32F769IDISCOVERY探索者评估板可由ST-LINK USB 连接器CN16（stlink）供电，但是只有在USB枚举成功后ST-LINK电路才能获取电源，因为主机PC那时仅仅提供100mA电流。在USB枚举期间，32F769IDISCOVERY探索者评估板向主机PC请求500mA电流供电能力的电源。如果主机能够提供所需的电源，枚举以设置配置描述符命令结束，然后电源晶体管ST890打开，红色LED LD6点亮，因此32F769IDISCOVERY探索者评估板能够消费高达500mA 电流，但不会再多了。如果主机不能提供所需的电流，枚举就失败了，因此ST890保持关闭并且STM32部分包括扩展板不会获得电源。因此红色LED LD6保持熄灭。在这种情形下，必须由外部电源供电。
　　注意：只要板卡由USB充电器供电，就没有枚举，因此红色LED LD2永久地保持熄灭且板卡不会获得电源。只有在这种特殊的情形下，电阻R138才需要被焊接，无论如何以使板卡获得电源。
当32F769IDISCOVER 探索者评估板正确的由5V供电时LED LD6就被点亮。
　　警告：当R138被焊接时不要连接PC到ST-LINK（CN16），PC可能会被损坏或者板卡没有正确供电。
　　来自CN15带有500mA电流限制的直流5V，USB OTG HS micro-AB连接器（CN3的跳冒接在usbhs）。
　　首先必须使用JP1（Ext 5V）或者CN11（Vin）或者CN10（以太网）或者CN15（usbhs）给板卡供电，然后连接USB线和PC，得益于外部电源，这种方式可保证枚举成功。
　　必须遵守下列步骤：
　　连接跳冒CN3到ext5V或者usbhs或者poe5V；
　　连接外部电源到JP1或者CN11或者CN10或者CN15；
　　检查红色LED LD2是否点亮；
　　连接PC到USB接口CN16；
　　若不遵守上述步骤，板卡也许首先被来自ST-LINK的VBUS供电，那么可能遭遇下列风险：
　　若板卡需要的电流超过500mA，PC有可能被损坏或者电流被PC限制，因此板卡没有正确供电；

　　枚举时需要的电流是500mA，在这种情形下，如果PC不能提供如此多的电流，请求有被拒绝且枚举不成功的风险；

时钟源

　　高达3个时钟源可选，描述如下：
　　X1，24MHz振荡器用于USB OTG HS PHY
　　X2，25MHz振荡器用于STM32F769NIH6微控制器和以太网PHY
　　X3，32KHz晶振用于STM32F769NIH6嵌入的RTC

复位源

　　32F769IDISCOVERY探索者开发板的复位信号是低电平有效，其来源有：
　　复位按钮B2
　　Arduino Uno 的CN11
　　嵌入的ST-LINK/V2-1

USB OTG HS

　　板卡搭载一个USBmicro-AB高速USB OTG接口，通过来自MICROCHIP公司的USB high-speed PHY USB3320C-EZK实现。
板卡能够通过USB接口（直流5V，500mA限制电流）供电，USB电源开关也连接到了VBUS且可向CN15供电。绿色LED LD5在下列情况下被点亮：
　　电源开关打开，32F769IDISCOVERY工作于USB host模式；
　　当32F769IDISCOVERY 工作于USB device 模式时VBUS由另一个USB host供电；
　　当出现过流时，红色LED LD4被点亮；
　　注意：32F769IDISCOVERY在使用OTG功能时需要由一个外部电源供电。

Micro SD 卡

　　板卡支持连接2 GB（或以上）microSD卡到STM32F769NIH6的SDMMC2接口。

以太网

　　32F769IDISCOVERY探索者开发板通过来自MICROCHIP公司的PHY LAN8742A-CZ-TR以支持10/100-Mbit以太网通信且集成了一个 RJ45连接器，以太网PHY连接到了STM32F769NIH6通过RMII接口。
　　晶振X2为PHY产生25MHz时钟，PHY的RMII_REF_CLK为STM32F769NIH6产生50MHz时钟。

Power over Ethernet

　　32F769IDISCOVERY探索者开发板集成了一个使用以太网的功率模块，该模块兼容IEEE802.3af标准。

Virtual COM port

　　串口USART3直接作为PC的虚拟串口，它连接到了ST-LINK/V2-1 USB接口CN1。虚拟串口设置为：115200波特率，8位数据，无优先级，1位停止位，无流控。

按钮和 LED 灯

　　位于板卡正面的黑色按键B2是微控制器STM32F769NIH6的复位。位于板卡正面的蓝色按键可被用于数字输入或者唤醒复用功能。当按键被按下时逻辑状态是1，否则逻辑状态是0。位于板卡正面的4颗LED可供用户使用，从左到右依次为绿色LD1、橙色LD2、红色LD3、蓝色LD4。通过向GPIO寄存器写逻辑0可点亮LED。

LCD display MIPI DSI

带有电容触摸功能的4英寸800*472LCD-TFT彩色显示器MB1166,连接到了STM32F769NIH6的MIPI DSI接口。DSI（串行显示接口）是一种特殊的MIPI联盟标准且定义物理接口和协议，STM32F769NIH6微控制器使用它和LCD模块通信。

Wi-Fi and extension I2C connector

　　接口CN2支持Wi-Fi模块或者I2C扩展板。
　　Serial Wi-Fi module：串行WIFI模块采用ESP8266-01。
　　Extension I2Cboard：用户可根据原理图设计扩展板。

总结

　　相比 Cortex-M4，Cortex-M7 在流水线、L1 Cache、TCM、FPU 等单元都有显著的升级。F769 的亮点就是支持双精度浮点，带JPEG硬解，512K内部SRAM 和MIPI接口集成容量最高2MB的双区闪存、图形处理性能强大的Chrom-ART加速器、硬件JPEG加速器、TFT-LCD显示控制器和MIPI-DSI主控制器，特别有助于简化高性能控制和用户界面的设计。丰富的片上资源让图形应用能够受益远超其它微控制器的图形丰富和呈现功能，以及强大的音频功能，包括I2S接口、串行音频接口（SAI，SerialAudio Interface）。

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参考文档：
【1】《UM2033 Discovery kit with STM32F769NI MCU》
【2】《UM2104 4-inch WVGA TFT LCD board with MIPI® DSI interface and capacitive touch screen》

参考文章：
【1】http://home.eeworld.com.cn/home.php?mod=space&uid=676625&do=blog&id=451359
【2】http://www.stmcu.org/module/forum/thread-608559-1-2.html
【3】http://www.21ic.com/evm/evaluate/MCU/201612/696019.htm