【评测站】STM32L496G-DISCO - 高性价比的智能手表解决方案

zero99 · 发表于 2017-3-30 17:30:54

最近手上有3块STM32L496 尚未发出
闲来无事，请爱板网的技术大大做了评测，跟社区的网友分享下。
原文如下：

全新STM32L4微控制器，性能和能效领跑超低功耗阵营

说到目前火热的可穿戴设备领域，已经渐渐从过去单一的手环转到了具备基本功能显示的智能手表上来，这样的原因无非有几点：第一，消费者不再满足单一的手环功能，还需要配上精美的UI显示方能触动用户痛点；
第二，行业渐渐成熟，供应链也渐渐体系化，越来越多厂商投入到这个领域。
不过，从目前的整个行业来说，智能手表价格从几百到上千不等，各个层次的价格在市场上也有不同方案的代表、对应的品种，可谓是百花争艳，比如799RMB的华米智能手表，1000~2000元之间的华为手表，2000元以上的三星、苹果、佳明等智能手表，价格不等，功能也不尽相同。而今天爱板网要给大家推荐的是一个具有低功耗、又可以满足基本通用功能，一个硬件系统又有多套系统可配，还极具价格竞争力的一套智能手表方案，基于意法半导体最新的STM32L496G-DISCO开发板。
先看图，再唠叨。

此次爱板网拿到的STM32L496G-DISCO开发板明显跟以往见到的意法半导体的Discovery系列板卡有所不同，除了Discovery板子，还多了一个扩展模块，暂且称为扩展模块，官方的定义为Fan-out expansion board，兼容WiFi、Grove Mikrobus接口，比较尴尬的是笔者手上也没这类的模块，真有种“望洋兴叹”的赶脚。

倒是Fan out扩展模块与Discovery主板连接很方便，基本上看下来只有侧边一个接口可以完美匹配。这点上基本知道下就可以了，没什么重点需要提的，如果有网友对这个接口的信号定义感兴趣的话可以去ST官网下载免费的原理图查看。

重点还是回到STM32L496G-DISCO板卡本身上来，整个板子的资源看上去还是非常丰富的，首先有一定非常好，那就是带屏，而且是附带触摸屏的，看信号的引脚基本断定还是电容式触摸屏。除了外设资源，板卡上的跳冒也非常多，说实话，笔者非常痛恨跳冒的，这对理解板子的成本又加大的，跳帽先放着，先来看看板子上详细的资源情况。

资源多了，也使STM32L496G-DISCO开发板的布局显得很凌乱，看起来很不美观，可能对于很多工程师来说有种“who care”的想法，但是对于一个对Layout很执着、很有强迫症的我来说，真心觉得难看。无论如何，还是先看下板子上的一些主要的资源吧。

STM32L496G-DISCO开发板板载资源：
-  STM32L496AGI6微控制器，集成1MB Flash以及320 KB RAM，采用UFBGA169封装
-  1.54英寸240×240像素TFT彩色液晶显示屏，并行接口
-  SAI音频编解码器，带立体声耳机插孔，包括模拟麦克风输入
-  立体声数字MEMS麦克风
-  microSD卡连接器（包括卡）
-  8bit摄像头接口
-  STMod+和PMOD连接器
-  8 Mbit-PSRAM
-  IDD测量接口
-  64 Mbit-Quad-SPI闪存
-  8个LED、复位按钮、4个方向joystick
-  USB OTG FS，带有Micro-AB连接器
-  兼容的Arduino Uno V3连接器
-  板载ST-LINK / V2-1调试器
-  USB ST-LINK功能：虚拟COM端口，大容量存储，调试端口
-  5种不同供电方式
-  MCU的2种可能的电源电压：1.8 V和3.3 V
-  综合免费软件包括各种示例，部分STM32Cube包

从板载的资源上来看，几个亮眼的地方，集成了完整的音频电路，板子除了微控制器内部的1MB Flash以及320KB RAM，还额外搭载了64Mbit的SPI Flash以及8Mbit的 PSRAM，这对尤其是具备UI界面的智能手表方案来说，对于板载的微控制器来说可谓是雪中送炭，再有就是240*240像是分辨率的电容式触摸屏，可谓是为智能手表量身打造的界面，另外无需外部晶振的USB OTG电路也是牛的不要不要的，从原理图上来看，USB OTG信号直接从微控制器连到接口处，这个不但是本身成本，PCB的布局空间也能挪出一大块，个人认为还是非常了不起的。

除了板子本身搭载的资源，我们也能从STM32L496G-DISCO开发板的扩展接口搭配更多的功能如摄像头、通信模块、GPS模块等，非常不错。
不过，令笔者比较好奇的是板子除了主控制器，用于ST-LINK功能的微控制器，在板子背面还有一个微控制器电路，如下图所示，一开始当真有点匪夷所思，这是用来干嘛？

原来还真有大事，大家都知道ST的STM32L系列主打的是低功耗的应用，所以在此次的STM32L496G-DISCO开发板上特意设计了一个测量功耗的电路，用的就是STM32L152芯片。另外，为了让用户进一步体验降主控制器的低功耗特性，板子上很多设计都是在尽量减少额外的功耗，比如下图中的蓝色开关，它就可以切断ST-LINK与主控制器的通信。

STM32L496G-DISCO开发板上的其它资源，ISSI的64Mbit PSRAM，主角STM32L496AG微控制器。

来张微控制器的高清图，具体的规格型号为STM32L496AGI6，由于MCU采用了UFBGA封装，虽然有169个引脚，但是实际芯片面积很小,只有7mm*7mm*0.6mm，非常适合做可穿戴智能手表类应用。另外，从官方的产品列表了解到，此系列的微控制器还有一个型号为STM32L496AGI3，对比STM32L496AGI6，工作温度从-40~80℃到-40~125℃，更适合复杂的环境，引申一下，在工业或者汽车电子方面会比较有用。

STM32L496AGI6微控制器综合了前几代L系列为控制的优点，如无需外接晶振的USB2.0 OTG FS（有点可惜，只支持FS，不支持HS）、支持LCD驱动等，并且还做了部分功能的提升，比如加入了STM32F系列中的摄像头接口、Chrome-ART加速，使之在保持低功耗的同时更能很好的支持图形处理。微控制器的主要特性如下
-  ARM Cortex-M4内核，最高工作主频80MHz，具备FPU，CoreMark测试得分为273.55(@80Mhz)
-  多种超低功耗模式，运行模式下功耗为37uA/MHz(SMPS模式下)，停机模式(Stop mode 2)下功耗约2.57uA，待机模式下最代功耗约108nA
-  丰富的外设支持，主要包括RTC、SPI、I2C、UART等常规外设的支持
-  8X40或4X44 LCD支持（MCU内部集成升压转换器）
-  集成了用于模数转换的4个数字滤波器
-  Chrom-ART加速技术
-  8~14bit摄像头接口支持
-  无需外部晶振的USB OTG全速支持
-  LPTIMER及LPUART支持

如果对STM32L496AGI6微控制器更详细的资料感兴趣可以访问ST官网（www.stmcu.com.cn）。

上电启动
难得的是这次的STM32L496G-DISCO板卡还自带MicroSD卡，看来板子上的存储不足以存放此次ST出厂要演示的程序，通过ST-LINK的MicroUSB上电运行，最直观的可以看到屏幕上出现的内容包含了多套系统，SEGGER、Embedded Wizard、TouchGFX、如果单独算的话，每套都能成为一种智能手表解决方案的的系统，我们一个个来看。

SEGGER界面包含了视频播放、音乐播放、USB通信、功耗测试、麦克输入、时钟等功能。

这里就针对微控制器的主要特性，演示两个功能，USB OTG以及低功耗测试。

 USB OTG
USB Device测试，接通过可以看到MicroUSB接口旁的LD6点亮。

通过用户界面设置连接上设备，可以在PC端看到MicroSD卡中的存储。可以看到几个系统编译好的bin文件以及一些视频音乐文件，用于系统功能演示的调用。

也试着通过usb设备写入文件，发现速度实在捉急。

读取的速度相对写入快了一点。

但是相对于USB2.0 FS的标准这点速度真不够看，原因呢？这里就大概印证了这么一句话，有得必有失，还记得前面提到这颗牛逼轰轰的微控制器不需要外部晶振就可以支持USB OTG了嘛，怀疑是这个原因导致的，不过话说回来，作为一个智能手表，如果USB OTG用于充电、固件升级等功能，这速率应该足够使用了，况且现在的智能手表什么的固件升级应该都是通过OTA升级的，相比之下，不需要晶振带来的设计还是更加给设计带来方便。
测试STM32L496G-DISCO开发板的USB HOST模式的话需要给VBUS信号供电，需要闭合JP7中的U5V信号，如下图所示，同样可以见到LD6点亮，开发板进入USB HOST。

 功耗测试
功耗测试，在做功耗测试的时候原本想做最大的优化，所以断开了设置了下开发板的环境，断开ST-LINK与MCU的通信，将MCU的核心供电电压设为1.8V，但是发现在使用触摸屏的时候发现容易卡死，无奈调回3.3V，另外功耗测试的时候，只有RUN模式是测试时在亮屏情况下测试的，其它的测试情况都是基于息屏状态，测试结束亮屏计算测量值。
RUN@24MHz功耗

Sleep @24MHz功耗

LP RUN@ 2MHz功耗

LP Sleep功耗

Stop2功耗

Standby功耗

Shundown功耗

对比下官方提供的STM32L496微控制器的规格书上的参数，功耗接近，甚至更低。当然，测试的结果多多少少会有出入，但是这种接近的数值至少表明STM32L496确实在功耗优化上下了大工夫。

不过在功耗的测试过程中，有时也会发生错误，目前来说遇到两种情况，一种是“不知名的错误”，界面直接卡死，貌似LCD背光直接常亮，MFX_GPIO4信号被拉低，LD1会被点亮

另一种是测试功耗的值返回错误，看来系统还有待优化，有些小bug。

Embedded Wizard的GUI界面相对清新简洁，作为不需要太多花哨界面的智能手表类型还是非常试用的，内置了常用的几个功能，Running菜单中包含了基本的计时、心率、地图等功能，对于一个最简单的可穿戴手表，这些功能基本能满足需求。

还有一个TouchGFX，相比Embedded Wizard的简洁清新风格，TouchGFX更加美观，更适合面向中高端的智能手表GUI界面，在TouchGFX软件中有一个特别的小游戏coin bird，通过这个游戏能很好的表达了Chrom-ART加速的优势，开启ART加速技术可以大大降低CPU的负载，这应该是STM32L系列的微控制器首次加入Chrom-ART，确实让人有种惊喜。
未开启ART加速，CPU负载达到了61%

开启ART加速，CPU的负载降到12%

其它的内容就不过多演示了，接下来看看STM32L496G-DISCO的开发环境。

开发环境
现在ST微控制器或者说ST开发板开发环境可以用两个工具解决，stm32cubemx与KEIL/IAR，前者是ST推出的图形化配置界面，方便，降低开发难度、时间，后者是大家都熟悉的第三方的IDE工具。
不过有一点不得不吐槽下，STM32cubeMX必须更新到最新的版本才能检测到最新的库，比如这次的板子，官方最新的库为stm32cubel4 1.7版本（推荐直接下载）

但是用我前段时间安装的CubeMX检测到1.6版本的，问题是1.6版本还没加入最新的STM32L496微控制器以及相关的板卡，所以还必须要先更新这个软件，这种情况要要是发生在keil，IAR等软件上，估计要被喷死。

另外，使用Keil IDE 工具的话也需要更新Database，推荐直接去ARM 官网下载（http://www.keil.com/dd2/Pack/），直接用工具更新经常会断点。

下载完成，直接通过KEIL软件的Pack installer载入，成功后可以看到此时相应的微控制器型号会显示绿色

开发环境搭建完后就可以正式开发了，毕竟STM32L496G-DISCO开发板硬件上的配置基本很齐全了，开发环境一搞完，就能直入主题。
你可以通过图形化工具CubeMX配置生成你需要的项目文件，然后再通过KEIL或者IAR下载/调试，具体流程这里就不介绍了，有兴趣的可以参考以下评测文章的过程。

低功耗，大容量–NUCLEO-L496ZG开发板评测
最能折腾的STM32F769 Discovery开发板评测
简单、灵活，一款给你施展无限创意的产品——ST NUCLEO-F412ZG上手

不想使用CubeMX的话也可以直接下载ST官方的库使用，将stm32cubel4 1.7版本的压缩包直接解压出来就可以使用了，里面包含丰富的例程、应用以及文档说明，即便是初学者也能很快上手。下面例举一个通过DMA2D图形加速器（也就是Chrom-ART）在LCD上显示图片的例程：DMA2D_MemToMemWithLCD

编译下载

调试

开发板运行结果

本文不过是抛砖引玉，另外板卡未搭载摄像头也是一大遗憾，其它的功能没什么特殊就不再一一体验了，至于STM32L496AGI6微控制器的更多功能的评估验证也有待工程师在实际产品的应用中慢慢发掘，如需板卡或者微控制器更详细的资料都可以访问ST官网获取。
小结
意法半导体最新推出的STM32L496G-DISCO开发板完全可以看作是一个极具性价比、软硬件齐全的智能手表解决方案，板载意法半导体最新的STM32L496AG微控制器，集成无需外部晶振的USB 2.0 OTG功能，Chrom-ART图形加速器、摄像头接口、支持LCD显示，加上ST L系列微控制器的多种低功耗模式，可谓是集众多优点于一身，配套ST提供的多种GUI界面，给正在寻找又需要性价比、又注重研发周期的企业一套完整的软硬件解决方案。有关ST微控制器以及板卡的更多信息可以访问ST官网（www.stmcu.com.cn）获取。

参考资料
ST中文官网(www.stmcu.com.cn)
STM32L496AG微控制器资料

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