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【STM32MP157A-DK1】硬件设计开发与软件匹配

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北方. 发布时间:2020-4-10 14:59
1、针对不同的目标应用,STM32MP1完全走了一个不同的道路。通常在ARM-A7系列以至ARM-A5x系列的芯片都是以Linux内核的开发为主,ARM-Mx内核为辅助。但是ST在M系列的积累,在STM32MP1就展示出了更大的灵活性。从显示驱动的支持看,HDMI,MIPI,LCD直接驱动都包含,那么无论是Linux内核Ax或者Mx系列,这些外设都是可以直接访问的,在外设的选择上,经济型的匹配上都赋予了更大的灵活性。但前提是整个硬件构建都是可以用户定制的。8 j+ A+ E! L, K: M6 y) t8 j: U
2、前面已经简单描述了多核启动的基本逻辑,那么在硬件上是如何配合实现的,需要在以下综合考虑。具体,是否还有其他的加载顺序,那么,基于M4内核与Ax内核分离的情况下,其实是可以有更多选择的,但是,作为ST官方设计了这样的架构,那么沿用标准流程是最便捷可靠的方式。
  L; d4 y* l, R至少需要按照以下顺序实现,电源设计,封装选择,时钟管理,初始化和启动模式,以及调试管理。  w" ]' L( b3 h" m- c
2.1 -- 电源设计:
3 o! Q4 _* N4 B5 Y+ W9 ^( {$ h 1307563939.jpg # J, f) \' @. G5 J1 d
上图展示了各个内核供电轨,内核1.18~1.25V,主IO供电1.71~3.6V,USB驱动3.1~3.6V,还有视频接口,RTC驱动,以及Vbat电池供电1.20~3.6V,参考电压Vref等不同的范围,需要对照手册逐个核对这些供电引脚需要,合理选择PMIC电源管理芯片,以满足要求。
/ A- Z, _1 ?5 e9 l0 X$ T6 D  f针对不同的供电和引脚,需要有不同的解耦电容,从100nF到2.2uF不等。
+ C' {4 f" N# s( E启动时,起始电压可以低至1.71V。) S9 a. ~, k3 e) f# d1 o" k4 [# x8 j
2.2 --封装设计。5 e6 e# T% J. Z. M1 |  p; n4 h
封装尺寸从10x10到18x18的LFBGA封装,提供GPIO从98到176个,在不同的封装,尽量保持了兼容性,如下图+ _1 i1 [5 H3 L
1307563939.jpg
  u9 S$ T6 S2 n在STM的CubeMX中具有这样的引脚配置工具,实现直观的设计和配置。
' V; V8 s0 x, W; ?5 P, {! w3 a% j) U9 V7 m5 m
2.3 时钟0 |0 R- \# E( K
相比电源设计更多样的是时钟,至少包括HSI,CSI内部高低速时钟,HSE外部高速时钟,PLL for USB/DSI等。外部的辅助时钟,32kHZ,32.768kHz等这些常见的低功耗时钟。
. Q3 }8 K8 d" N7 R! O3 r. k以HSE OSE时钟为例,可以由外部提供时钟信号也可以直接从晶振获得(8~50MHz)$ p0 |. a1 X+ X
1307563939.jpg 8 ?- i; [) B+ e# s+ D
2.4  上贴已经介绍过启动设置的boot引脚,对于生产模式,这个引脚可以固定引接或者用0值电阻短接,根据设置选择启动位置,常见的设置不是从SD卡启动,如本次测试的开发板,而是从外存如NORFlash或者NANDFlash启动。对于启动影像一般足够容纳一个精简的系统kernal,外部设备其实可以在加载内核的适合从外部设备再次加载。这个不同于台式计算机多数从大容量外存加载的过程。
! J4 Z9 t: }# i* b& W& e& K这个开发板只选择了Boot0和Boot2的选择开关,Boot1已经直接置零了。软起动也是需要访问这个引脚获得数据,写入 SYSCFG_BOOTR寄存器中,软起动后,不再访问引脚,电流为零,即使带电拨动选择开关也不改变 SYSCFG_BOOTR寄存器的数值了。
9 @$ H" b* X! g# O1 z7 }. v- ^* s6 D. D5 f" [: G7 S; C+ ?
2.5 调试接口9 @) e) }$ O) w+ O. h6 v) @1 J
通常JTAG或者SWD调试接口需要引出,上拉下拉电阻内置,通过指定寄存器置位来确定。典型的设置如下图; i7 t. i* E) g+ Q
1307563939.jpg 2 [$ K6 K- ~/ w7 J
其中对于SWD只支持M4内核。8 [& ^- x' k6 l3 M- D% W* c
3. 硬件设计导则
4 y& D- H8 M% ?1 b3.1 PCB设计至少4层板,设置独立的电源平面和接地平面。通孔设计要根据导则选择,如下图
" K0 G, h5 U. F0 G+ X: Y 1307563939.jpg 4 C: ], X, w# T1 ?/ J4 K
3.2 输入输出接口IO设置需要进行调试,并正确对OSPEEDR置位,SYS CFG寄存器的IO补偿需要置位。
3 r' V$ D* l6 u: O1 H: \, c3.3 未使用的IO引脚要设置为无用并正确连接,不能浮空。
' j& |% s5 Q- U% F7 U% Z3.4 外设引接需要正确匹配传输线,和电平转换,如下图中对于DSI显示的差分传输线设计,
* I' M8 k. S  L; t/ w! Y0 N- L( z$ L 1307563939.jpg 1 D4 a/ V0 ~5 [  R) t8 ^

) w) H9 P0 Y% p% W" S; M; H9 L) F. t7 ~8 e' H  `
3.5 实际上,本开发板在传输线平衡上也做良好的设计,注意下图中弯折的传输线,是为了保证等效长度均衡的方法,在很多开发板上,都采用了最近连接线的设计,对于高速板的设计,具有更高的要求。
8 A! L% b3 J; ^/ m+ }9 M 1667374015.jpg
' R6 G, `4 L' n+ ]- {) _
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