STM32G4是F3系列的升級版本，適用于電機控制和數(shù)字電源應(yīng)用。
STM32G4微控制器系列是史上第一款包含五個模數(shù)轉(zhuǎn)換器、七個數(shù)模轉(zhuǎn)換器、六個運算放大器和七個比較器的產(chǎn)品，同時還集成了USB-C供電控制器，184 皮秒的高分辨率定時器，具有靈活數(shù)據(jù)速率的CAN接口以及可加速某些三角函數(shù)的數(shù)學(xué)單元。
在計算吞吐量方面，STM32G4與STM32F4的算力接近。STM32G4作為“混合信號”微控制器領(lǐng)域的新秀，可為數(shù)字和模擬應(yīng)用提供新穎和優(yōu)化的功能。其Cortex-M4 內(nèi)核主頻達到170 MHz，DMIPS 為213 ，CoreMark跑分高達550分；產(chǎn)品架構(gòu)上有很多優(yōu)化改進，以提升設(shè)計開發(fā)過程中的便捷性和開發(fā)能力。
STM32G4的新架構(gòu)借鑒了STM32F3的通用DNA，但同時也增加了創(chuàng)新和優(yōu)化功能，以滿足各種市場的特殊需求。例如，數(shù)學(xué)加速器的加入，在電機控制 FOC 算法的應(yīng)用場景下，性能出色；而 CAN FD 極大地支持工業(yè)場景下數(shù)字電源的應(yīng)用。通過在裸片上集成更多的模擬和數(shù)字組件，STM32G4可以為服務(wù)器中心創(chuàng)建更密集、功能更強大的電源，對于注重性價比的消費類產(chǎn)品，亦可提供適合的數(shù)字電源。STM32G4 還為開發(fā)者指明了一條面向未來的設(shè)計路徑，例如，車用碳化硅（SiC）器件或氮化鎵（GaN）晶體管的興起，要求更精確的計時器以適應(yīng)其更高的開關(guān)頻率，STM32G4 憑借其12通道高分辨率計時器，能夠驅(qū)動這類組件的設(shè)計，從而開發(fā)設(shè)計更前沿更高端的未來電子產(chǎn)品。
STM32G4是第一款具有兩個數(shù)學(xué)加速器的STM32，一個用于三角計算（坐標旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算器或CORDIC），另一個用于數(shù)字濾波功能（濾波數(shù)學(xué)加速器或FMAC）。CORDIC 加速器為三角函數(shù)提供硬件加速，這些三角函數(shù)通常出現(xiàn)在電機控制、計量、信號處理及其他應(yīng)用中。另一方面，F(xiàn)MAC支持在信號處理中實現(xiàn)兩個主要的初級濾波器：有限脈沖響應(yīng)（FIR）和無限脈沖響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器。
▲ STM32G474E-EVAL板
在無刷直流電動機（BLDC / PMSM）中，相電流在兩個坐標系（α軸和β軸）中創(chuàng)建定子的參考系。FOC矢量計算可精確控制電動機的旋轉(zhuǎn)，這是硬件中三角函數(shù)能力顯著提高的原因。同樣，工程師可以將時域饋入IIR和FIR濾波器，以進一步放大、降低或消除頻率，從而獲得一個新的時域信號，該信號的噪聲更小或者沒有，可混疊或漂移，最終應(yīng)用程序可以在更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)下工作。這兩個加速器帶來的性能提升非常顯著。CORDIC加速器的正弦運算速度比ARM軟件庫快5倍，它的存在還大幅減輕了Cortex-M4內(nèi)核的負擔(dān)，在數(shù)學(xué)加速器計算新角度時，系統(tǒng)可以執(zhí)行其他任務(wù)。同理，當開發(fā)者采用電機控制庫來進行FOC算法控制BLDC電機時，相比以往不帶新型數(shù)學(xué)加速器的其他STM32產(chǎn)品，G4的性能提高了約12％。這意味著開發(fā)人員在降低工作頻率和功耗時，對性能沒有負面影響。STM32G4系列具有很高的標志性意義，它是第一個包含分辨率低于200皮秒計時器的ST MCU體系結(jié)構(gòu)，最顯著的好處是G4能夠驅(qū)動LLC諧振拓撲中的高精度電源。由于有七個時基，開發(fā)人員可以結(jié)合使用，從而獲得非常精細的調(diào)制，該計時器還提供了高度靈活的脈寬調(diào)制（PWM）。高分辨率計時器因具備事件處理程序，可幫助工程師更輕松地配置和調(diào)用計時器或使用它生成中斷。
▲ NUCLEO-G474RE板
STM32G4系列集成了三個16位高級電機控制計時器，可支持PWM模式以更好地控制電源開關(guān)，并具有功率級保護系統(tǒng)，在發(fā)生故障時可以禁用PWM輸出。計時器還具有用于正交編碼器和霍爾傳感器的不同模式，以自動調(diào)整計數(shù)方向，從而允許計時器在使用轉(zhuǎn)速計時檢測轉(zhuǎn)子的位置或其速度。因此，開發(fā)人員可以使用計時器讀取角度或方向，以簡化代碼并提高應(yīng)用程序的精度。
STM32G47x MCU還具有雙存儲區(qū)閃存形式的關(guān)鍵功能。很簡單，MCU將閃存分為兩個具有可讀寫（RWW）功能的物理存儲體。結(jié)果，可以下載，安裝然后運行新固件而不會受到任何干擾。系統(tǒng)在一個存儲區(qū)上運行，而另一存儲區(qū)則接收新固件。然后，系統(tǒng)可以交換存儲區(qū)并無縫切換到第二個區(qū)以運行新代碼。開發(fā)人員甚至可以通過使用STM32G4上可用的新安全功能（如安全存儲區(qū)）來保護下載操作：安全存儲區(qū)可以存儲密鑰或執(zhí)行軟件例程的部分代碼，在重置后僅運行一次，之后對用戶代碼不可見。
STM32G4還借鑒了其他STM32產(chǎn)品的諸多創(chuàng)新。與STM32F3一樣，開發(fā)人員可以將一些可用的SRAM用作核心耦合存儲器（CCM），ST將這項技術(shù)稱為“例程增強器”，程序員可以將一段代碼放入內(nèi)核的SRAM中，以加快關(guān)鍵例程的執(zhí)行速度并保持其確定性。STM32G4可使用其指令總線來調(diào)用代碼，同時用數(shù)據(jù)總線來檢索信息，代碼可以在可用的最高時鐘頻率下運行，并等待狀態(tài)為零，從而達到優(yōu)化性能的效果。開發(fā)人員將CCM-SRAM用于實時或計算密集型應(yīng)用程序，可以避免例程和數(shù)據(jù)必須共享同一總線時發(fā)生的瓶頸。
開發(fā)者從CCM-SRAM中受益是非常直接的，只需要為CCM-SRAM定義內(nèi)存地址區(qū)域，并使用特殊的屬性標記代碼段即可告訴編譯器將其移至耦合的核心內(nèi)存。接下來，程序員在啟動時通過修改啟動文件將代碼加載到CCM-SRAM中，如有必要，將初始化變量復(fù)制到主函數(shù)中，然后調(diào)用有問題的代碼。因此，僅需幾行代碼就可以顯著優(yōu)化應(yīng)用程序。
STM32G4除了其眾多的模擬外設(shè)之外，還集成了優(yōu)化功能來進行信號處理。例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在硬件中包括增益和失調(diào)補償，可以減輕CPU負載并獲得更好的性能。同樣，系統(tǒng)還可以自動并最多連續(xù)八次處理硬件中的異常事件。當系統(tǒng)對超出其看門狗窗口的信號進行采樣時，通常會設(shè)計一個例程對信號進行重新采樣，以評估該信號只是故障還是系統(tǒng)性問題。由于STM32G4的高度硬件集成，開發(fā)人員可以更有效地管理異常事件處理。此外，數(shù)據(jù)表中還列出了的大量外設(shè)，同時也隱藏了眾多硬件優(yōu)化功能。
