将Iphone中的三轴陀螺仪开源——STM32F429I Discovery开发板评测

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沐紫发布时间：2014-5-6 09:10

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为帮助大家进一步了解STM32F429，特邀爱板网撰写评测文章，也欢迎各位亲发布自己的开发日志、评测。

基于ARM Cortex-M4处理器的意法半导体STM32F4 Discovery系列板卡通常以多功能、高性能著称，如果特别留心的话，还会发现ST推出的STM32F4系列板卡基本都有搭载自家各种传感器，如已出现过的声音传感器、动作传感器、加速度传感器等，这样，使得ST在推广自家微控制器的同时又无形之中宣传了其传感器系列产品，这一方面得益于意法半导体丰富的产品线，另一方面，随着可穿戴设备必然的发展趋势，也显示了ST对传感器市场份额的渴求。
近日，爱板网拿到了意法半导体的又一款STM32F4 Discovery系列开发板，板卡基于强大的Cortex-M4内核的STM32F429微控制器，同时板载了一个曾在iphone4刚发布的时候，乔布斯声称的非常神奇的玩意——三轴陀螺仪，一起去瞧瞧。

STM32F429I Discovery

ST简洁的包装早已树立了Discovery系列的品牌形象，不用过多渲染，用过的朋友一眼便能知道这是谁家的产品，这次相较于以往不同的是板卡自带了一个2.4 TFT LCD，支持图形化输出的板卡相信非常受用户喜欢。

STM32F429I Discovery正面

STM32F429I Discovery背面

STM32F429I Discovery硬件原理框图

STM32F429I Discovery板载资源：

意法半导体STM32F429ZIT微控制器，内置2MB Flash、256KB RAM，LQFP144封装，板载外置8MB SDRAM
板载ST-LINK/V2 ，可实现对板载微控制器以及外部微控制器Debug
板卡供电：通过5V mini USB接口或者5V、3V外部电源供电
意法半导体三轴陀螺仪L3GD20
2.4寸TFT LCD，262K色彩 RGB，240*320像素点，两个机械按键——用户、复位
6个LED——两个用户LED、一个USB通讯LED、一个3.3V电源LED，两个USB OTG LED（包括VBUS以及过流LED）' w9 E9 a/ b. k

4层板的STM32F429I  Discovery开发板至少从外观看来非常简单，有别于之前STM32F4系列板卡，这次因为板卡正面自带了一块2.4寸的TFT  LCD屏幕，整个开发板的布局大变样了，微控制器被移到了背面，而正面是一贯的机械按键及非常方便的板载调试器ST-LINK。还可以通过跳帽切换ST- LINK对板载微控制器调试还是对外部意法半导体的微控制器系列进行调试，这算是一个额外的福利吧，用过的朋友一定非常喜欢这个人性化的功能，顺便说一句，目前很火的MXCHIP智能硬件创新设计大赛提供的wifi模块就可以用ST-LINK进行调试。
ST Discovery系列板卡的另一个重要特点莫过于引出的IO口，在STM32F429I  Discovery开发板上我们同样看到了两排对称的排针座，ST将微控制器未占用的IO口都通过排针座引出，方面用户后续对板卡、对微控制器的评估、 DIY等操作，而且排针座还能兼容意法半导体的原型板，这算是ST专有的小型的生态圈。
板卡背面除了微控制器外还有个特别的micro USB AB接口，支持USB2.0  OTG功能，可以在板卡上接上U盘鼠标的从属设备。纵观板卡，我们不难发现，STM32F429I  discovery板卡主要将与之前的F4系列板卡最大的不同功能点给体现出来了，如集成了LCD控制器、USB2.0  OTG等，而这些功能的实现都要归功于这个全新的微控制器STM32F429ZIT6U。

STM32F429ZIT6U微控制器

STM32F4X9微控制器系统框图

STM32F429ZIT6U微控制器特性：

基于32位ARM Cortex-M4内核，带FPU，ART加速器（支持零等待执行Flash中数据），最大频率为180MHz
内置2MB的Flash以及256KB的 RAM，这是这个系列微控制器中扩展最大的一款，最大支持32位的外部存储如：SRAM、PSRAM、SDRAM、NOR/NAND Flash等
支持LCD并行接口（8080、6800模式）、集成LCD-TFT控制器、图形专用Chrom-ART加速器，支持XGA分辨率
3个12位ADC，最高支持24路，两个12位DAC、17个定时器
最高支持168个可中断IO口，21个通讯接口（I2C*3、UARST*4、UART*4、SPI*6、SAI*1、CAN*2、SDIO*1）
集成USB2.0、USB OTG2.0、10/100M 以太网PHY、8至14位相机并行接口等0 X7 h% Y# ^4 s8 h

相对于板卡上可见的为数不多的功能，不熟悉的朋友很容易忽略其核心微控制器的强大，而ST简洁的板卡设计也真正把STM32F429ZIT6U微控制器给低调下去了，这就好比在拖拉机上装了个宝马的发动机，你不试一下，你怎知它的强大。
带FPU的M4内核本身在微控制器领域有其独特的市场，在处理浮点运算时能大大减小运算时间，如在FFT、音频解码、滤波运算操作时能大大缩短执行时间，这也是与不带有DSP功能的微控制器最大的一点不同。而基于M4内核的STM32F429ZIT6U微控制器除了本身硬件够硬外（基于 M4内核，带FPU），带有的意法半导体独特的ART加速器更可大大减小了CPU内核访问Flash存储器的时间，从而实现更高更快速的代码执行效率，这倒与爱板网先前评测过的兆易的gFlash技术有异曲同工之处。
除了本身性能的强大外，STM32F429ZIT6U微控制器的功能也非常丰富，当然，仅从板卡上是无法体现出来的，这有些遗憾，而微控制器更多的功能我们可以通过上图STM32F4X9微控制器系统框图中看到，如摄像头接口、串口、网口、CAN总线接口等，可以预想，在这颗功能俱全的MCU上，其应用的通用性非常强，小到简单的人机交互界面、仪器仪表盘显示等应用，大到如工业控制等应用都可以实现。
而STM32F429I Discovery开发板除了强大的微控制器外，其搭载的自家研发的三轴陀螺仪可以说是板子的另一大特色，相信也是很多对传感器感兴趣的用户最为关心的一个功能。

意法半导体三轴陀螺仪L3GD20

时下可穿戴设备的风潮可真火了各式各样的传感器，加之电子设备同样对传感器趋之若鹜，举个最简单的例子，如今即使是千元内的入门级手机，自带的传感器也不下5个，而在不久前拆解过的三星Galaxy 5则已经达到内置10多个传感器的地步，本文我们不去考究这样的做法到底有没有意义，但是传感器市场确实火了。而ST可算是传感器市场最有竞争力之一的厂商，旗下的传感器产品囊括了各个系列（见下图）。

意法半导体传感器产品系列

回头再看STM32F429I Discovery开发板上自带的三轴陀螺仪L3FD20，这是一种用于测量角速度和维持方向的设备，而其原理是基于角动量的守恒，在L3FD20内部集成传感元件及IC接口，数据输出是通过I2C或者SPI数字接口，通过片选信号可以实现在I2C与SPI接口之间切换，在这个开发板上三轴陀螺仪的数据是通过SPI接口实现输出的，L3FD20为用户提供了三个可选的不同的测速率±250/±500/ ±2000 dps（度每秒），除此之外，L3FD20内部还集成了温度传感器，同样方便了用户对温度信息的采集。整个L3FD20采用了16pin-LGA封装，4*4mm大小，非常适用于游戏和虚拟现实的输入设备，运动控制与MMI、机械及机器人等应用。

如果枯燥乏味的数据无法让你你清晰的认识到三轴陀螺仪到底是个什么玩意，那笔者推荐大家可以看看当初在iphone4发布会上乔布斯亲自演示的三轴陀螺仪的应用，通过旋转抽离一个木块堆成的长柱，很好的反应出三轴陀螺仪在实际中的应用。而恰巧的是，iphone4中的三轴陀螺仪采用的同样是ST的方案，这在一方面反应出意法半导体传感器的品质，另一方面也让广大电子发烧友看到了可以使用苹果的设计方案，虚荣心大大满足的同时，也让我们看到了原来苹果的东西也可以开源。

看完了整个STM32F429I Discovery开发板的硬件部分，我们接着上电启动看看。板卡可以通过ST-LINK的miniUSB接口供电，因为开发板本身没有附带miniUSB线，需要自己准备一根，OK，直接上电。

插上miniUSB线的瞬间，红色电源LED，以及红色miniUSB通讯指示灯点亮，用户LED3闪烁，LCD屏幕呈现载入状态，不到2秒钟的时间，进入了人性化的图形界面（见下图）。

STM32F429I Discovery开发板上电

在这个图形界面稳定待机的状态下，CPU的占用率一直维持在2%，不算太高，我们可以从图形界面浏览到的6个功能包括视频、图片、时钟、游戏、性能以及系统信息。笔者简单试了下，发现在系统信息中标示的MCU主频只有168MHz，这与产品宣传时的180MHz有所不同，难道是通过软件限频了？

相信大家和笔者一样都比较关心微控制器性能，板卡在自带的系统下也安置了一个cpu 的Benchmark软件，我们可以简单的测试看看。

CPU Benchmark测试

看上图，相信对STM32F426ZIT6U微控制器不是太了解的用户有些不明所以了，63481000 Pixels/s的测试结果不是仅仅表明像素填充率吗？这似乎反应GPU的水准，跟CPU关系不大？是否搞错了？

明显ST不会犯这么低级的错误，也不会无的放矢。要解释清楚这个问题这就要回到上面对于ST这款微控制器的介绍中了，其中一个已知的重要的功能是集成了LCD控制器以及ST的图形专用 Chrom-ART 加速器， Chrom-ART 加速器可以自动处理填充、复制、混合图形元素，包括像素格式转换，当然，作为用户，那就是迫切需要真实数据，那就是对比无Chrom-ART加速器的情况下，图形运算速度将快两倍，并且Chrom-ART加速器支持众多的第三方图形栈，比如通过STemWin，ST可以提供一个完全免费的包括向导及用户界面的图形解决方案，而此时点亮的屏幕就是最好的证明，而63481000 Pixels/s也反映了STM32F426ZIT6U微控制器对于图像的处理水平，当然这不能跟PC机，跟手机相比，但是对比其他MCU，已经足够傲视了。

在STM32F429I Discovery开发板的硬件介绍中，其中一个特别的功能就是集成了USB2.0 OTG，在这里，我们也可以测试看看。首先需要自己准备一套micro-AB to USB Host接口的OTG线，将线插入板卡USB OTG口，插上U盘，可以看到在CPU占用率的旁边出现了U盘的识别符号，不过程序没有入口进入U盘查看里面的资料，但是如果U盘中有图片则能在图像浏览的应用下进行观看，非常不错（见下图）

USB2.0 OTG功能

有点可惜的是并未找到可以播放的视频文件，这点不能演示确实让笔者有些抱歉，另外在多次测试的时候发现USB OTG时而可以，时而检测不到的问题。出厂内置的系统基本就这么点内容，现在我们再通过下载其他例程来体验STM32F429I Discovery开发板的另外一些特点。

STM32F429I Discovery板卡支持的开发工具有好几个，如，TrueSTUDIO、IAR、KEIL等，工程师只要选择一个适用自己的就行了。笔者电脑就只装了一个Keil，故基本所有可以使用此工具的板卡笔者都拿它来做范例，都快成劳动模范了。

意法半导体开发板的资料在官网很齐全，这点相信使用过ST板卡的用户都一清二楚，笔者也不多赞了，省的被烙个打广告嫌疑，下载官方提供的资料包，里面有相应的各种例程。笔者之前重点介绍的三轴陀螺仪程序也在其中，废话不多说，开源它，载入例程，配置Flash，编译、下载。

三轴陀螺仪程序代码

这个程序代码相比乔布斯演示的三轴陀螺应用就简单多了（猜的），屏幕只显示个箭头，当把板子旋转的时候，箭头会指向旋转的方向，还是很准确的，就是精度不好判断，大家看看就好，不用太过较真（见下图）。

三轴陀螺仪程序演示

小结

介绍了STM32F429I Discovery开发板软硬件的基本情况，板卡自带方便好用的ST-LINK、实用快捷的USB OTG2.0以及2.4寸LCD触摸屏等特点让人过目不忘，赞不绝口；同时，功能丰富、性能强大的STM32F429ZIT6U微控制器未被占用的IO口都通过排针引出，大大方便用户后续对板卡、对微控制器的开发评估，再加意法半导体丰富的资料库及STM32F429I Discovery开发板本身不到158RMB的价格是否能让你怦然心动。

参考资料