STM32MP1系列教程连载-硬件设计篇1：初识STM32MP1系列微处理器

一、与一只蝴蝶的邂逅

时间退回至2007年9月，对于刚步入大学的笔者而言，微控制器的含义仅仅局限于文字。而在同年的6月意法半导体（以下简称ST）在北京首发全球首款采用ARM Cortex-M3内核的处理器STM32F3，并选用一只蝴蝶作为产品的logo，在此后的十几年，STM32这只“蝴蝶”成功的飞过千山万水，不仅震动了整个MCU市场，也成功培育出了千万工程师。然而当年ST在中国通用MCU市场占有率仅为2%左右，排10名以外。

笔者接触到微控制是在2008年暑假期间，当时学校普遍采用Atmel的AT89S52，芯片体积很大（封装DIP40），8K字节Flash，256字节RAM，2路16bit定时器/计数器，1路全双工串口，32路可编程I/O，6路中断源，主频最大24MHz。相对现在的微控制而言，片上资源简直惨不忍睹。但在当时而言，这款芯片绝对是校园主流控制芯片，记忆最深的是洞洞板、IC烧录座以及焊接（某些学霸的焊接堪称工艺品）。

当年除89C51系列单片机雄霸校园外，还有性能稍强、外设稍微丰富一些的微控制器，例如Atmel的AVR，Microchip的PIC，TI的MSP430（16位，低功耗）、凌阳SPCE061A（16位，语音功能）、TI的TMS320（DSP）等，这些单片机在当时可以称为主流（可能不够严谨，但在笔者的大学确实是事实），在各类电子设计竞赛作品中，无论是国赛、省赛或者校园赛，总是能够发现它们身影。

2009年当时参加了亚太大学生机器人大赛国内选拔赛，我们的主控方案采用AVR+CPLD的形式，AVR(ATMEGA128)单片机负责传感器数据采集、控制逻辑以及简单算法，CPLD负责处理码盘反馈数据。之所以采用CPLD(EPM570T100)是由于空心杯直流减速电机的码盘反馈数据量太大，单纯依靠AVR的中断采集或捕获，无法达到满意效果。比赛前的时间总是过得很快，也很充实，那时在创新创业基地可以调试通宵，也不会觉着太困，因为总是有那么一群志同道合的朋友在周围陪着你一起玩，充满乐趣，充满着自豪。当真正的进入选拔赛，止步于16强时，才知道自己懂的太少，牛气的团队、牛气的人太多太多，北京科技大学机器人的速度、哈尔滨工业大学（冠军）的技术、东北大学的设计等等，在参观交流中，他们的控制平台很难找到8位机作为主控，ARM、DSP、CPLD、FPGA等方案已经应用到控制系统中，这对当时的我们而言，感觉到的是巨大的差异与反思。比赛结束回到学校，基地的老师给我一块紫色的学习板，让自己熟悉一下，看后续是否能够用到，也就是在那时，第一次真正的接触ST。

拿到开发板的资料后，第一时间就是安装环境，下载开发例程，看实验现象。那时STM32中文版资料并不是很多，《STM32中文用户手册》、《STM32不完全手册》应该是在1年后的事情了，当时比较好的中文资料是《Cortex-M3权威指南》（宋岩老师翻译）、《Cortex-M3技术参考手册》，剩下的就是官网下载的数据手册以及参考手册。当把STM32的英文版参考手册打开后，丰富的外设以及众多寄存器，看的很头大。开发板配套的程序代码是基于寄存器操作，嗯，能够想象到当时做这个学习板与例程的人也一定是一个大神级人物。

二、遍地开花

ST在中国市场的成功推广，离不开论坛与百万坛友的推广支持，最为熟悉的莫过于阿莫论坛（https://www.amobbs.com/forum.php）与21IC中国电子网（二姨：https://bbs.21ic.com/），其它的就不再举例。在早期学习STM32时，泡论坛是最为重要的学习途径之一，也就是在这个时候（大约2009年），各种STM32技术问题、有意思的项目以及开发板开始在论坛逐渐增多，能够记得住名字的，像火牛、红牛、金牛、神州、正点（精英、战舰、阿波罗、北极星）、野火、安富莱、硬石等等各种开发板琳琅满目，你总能找到一款是你喜欢的开发板，或许做设计的人员给开发板取一个酷酷的名字是最为重要的，至少笔者是被成功的带跑偏了。

其实在2009还有几家也是做Cortex-M3内核的单片机，比如流明诺瑞（luminary micro），使用他们家的芯片是因为参加“IEEE标准电脑鼠走迷宫”竞赛，当时的电脑鼠是由广州致远电子有限公司（周立功）提供，当时流明诺瑞由他们进行国内的推广，之所以能记得住，是因为当时的比赛奖品太特殊了，18套TinyM0 开发工具，我想是因为周老师也负责NXP的Cortex-M0与Cortex-M3推广吧（以至于后来Cortex-M0的芯片首选就用NXP的了）。后来流明诺瑞像凭空消失一样，很少有人提及与使用了，或许在电脑鼠比赛中还能遇到吧。

时至今日，STM32已经变成ST的一个代名词，是ST在国内推广成功的标志，当然，MCU市场只是ST主营业务的一部分，据统计，2020年第二季度ST个产品部营收贡献率微控制器和数字IC产品部(MDG)占总营收的35.1%，而模拟器件、MEMS和传感器产品部(AMS)占到了29.9%，汽车和分立器件产品部(ADG)以及其它则贡献了总营收的另外35%。

三、下个十年
物联网、人工智能、5G应用是最近几年热点，在智能硬件、智能家居、智慧城市、智能工业等领域，安全、网络连接、云服务、AI是主要技术切入点，使MCU未来的发展需要更高的性能、更强的物联和更安全的能力。


ST早在2016年就推出了STM32 H7 高性能MCU，基于Cortex-M7 @ 400 MHz 和 Cortex-M4 @ 240 MHz的双核设计，除了高达400MHz的主频与1MB RAM之外，还可以外扩SDRAM的。STM32 H7的性能很强大，虽然可以流畅的运行各种RTOS、文件系统、网络协议栈以及用户界面，但我们依然希望ST能够将MCU的生态模式也应用至MPU上，补全ST在Linux应用领域的小短腿。

ST凭借多年积累的ARM Cortex研发经验扩大了STM32 MCU的功能，2019年推出该公司首款多核微处理器STM32MP1。STM32MP1是一款通用型微处理器（双核Cortex-A7+单核Cortex-M4），具有以下特点：

• 采用ST(意法半导体)全新的STM32MP157AAA3(LFBGA448-18*18)微处理器为主控平台，该平台具有先进灵活的架构，支持3D图形处理单元。FS-MP1A开发板接口资源丰富，可全功能开发STM32MP157AAA3外设资源。
  
• 提供Arm®双核ARM Cortex A7/ 650MHz和 Cortex®-M4/209MHz两种内核的异构架构开发，在复杂的多任务处理与运算同时，兼顾硬实时性。
  
• STM32系列生态系统成熟，并具备经过验证的软件、工具和技术支持，使用户在该平台上能够提高开发效率，缩短上市时间 。
  
  
  
• STM32MP1微处理器系列芯片稳定供货周期长达10年，包含多种封装与型号。FS-MP1A开发板既可以作为开发平台进行学习，也可作为产品控制核心，免除因技术迭代更新，而造成技术过时或断货情况。
  

STM32MP1微处理器的介绍就先写到这里吧，其实自己并不擅长写文章，写这篇文章的目的是后续想将FS-MP1A开发平台的硬件部分设计记录下来，因为在设计这个板子的时候并没有太多的中文参考文档，主要来源是官方网站资料与参考学习板，开发平台如下所示：

FS-MP1A开发板的硬件设计篇目前预计总共包含11部分，主要涉及电源、时钟、引导模式、DDR、EMMC、以太网、LCD、音频、WiFi/BLE以及DCMI等部分，如下所示：

对于STM32MP1系列处理器的Cortex-M4内核、Cortex-A7内核的裸机开发部分、Linux驱动移植、应用开发以及项目应用会逐步进行连载。

下个十年，我们希望STM32MP1系列处理器能够像STM32在MCU市场的成功一样，让Linux系统与MPU的设计与应用不在那么的神秘，相信凭借ST在市场推广的力度以及决心，STM32MP1系列微处理器的应用会越来越广泛，至少笔者是相信的。

南风
2020.08.31