2023年02月28日 | STM32G4板卡分享-G431RB开发板之硬件概览

“G系列”作为STM32“F系列“的全面升级，令G0与G4产品线备受关注。国庆期间，电堂联合ST邀请来自全国的STM32蝶粉参与了G4板卡试用分享活动，以下是来自成都的资深粉友“Wolfgang”的NUCLEO-G431RB开发板分享文章。

分享文章分为5部分，全面解析NUCLEO-G431RB板卡的各项性能及应用。我们将以连载方式刊出，以期为蝶粉们带来G4性能深入全面的解读。

01. 硬件概览

02. 软件工具及环境搭建

03. Cormark 跑分测试与 Nucleo 其他系列的对比

04. 快速傅里叶变换

05. G4在电机控制中的应用

以下为正文

今天介绍的对象是ST公司的NUCLEO-G431RB开发板，有幸拿到它后，第一时间拍一张红底的证件照（见图一）。

▲图一，板卡证件照

一、主板概览

ST的板卡有3大类，市面上最常见的是NUCLEO板卡，更多地被用于验证板载芯片性能，除此之外，还有资源更丰富的Discovery Kit 和EVAL Kit。

NUCLEO-G431RB板子较之前的NUCLEO64系列的主板，有较大改动，从早期的MB1136、MB1319、MB1360，升级到目前最新的MB1367系列。发现了板子型号的迭代，这里顺便简要介绍一下ST设计的这几款NUCLEO64板子的区别。

1、MB1136 是最常见的NUCLEO64系列，用在它上边的芯片种类很多，跨度最大、时间最长，从早期的F030R8到F446RE、低功耗的L010RB到L152RE、L452RE、L476RG都使用它的布局。

2、MB1319 是MB1136的改版，出现在ST芯片低功耗和LORA盛行的2017年至2018年，这款主板主要为低功耗系列芯片提供电源控制实验验证环境，它板载一颗开关电源芯片SMPS是它区别于同时期其他主板的标志，这类主板通常以“-P”结尾。代表主板有NUCLEO-L412RB-P、NUCLEO-L433RC-P、NUCLEO-L452RE-P，另外从这款主板开始，ST在NUCLEO64系列采用了MicoUSB作为ST-LINK2-1的链接器件。

3、MB1360是2019年为G0（NUCLEO-G070RB、NUCLEO-G071RB）系列搭配出的一款主板，依旧采用2层设计，配合STM32F103作为ST-LINK2-1的环境，MicoUSB作为ST-LINK的供电调试接口，这一版主板最大的不同就是去掉了STS7PF30L这款受控于STLINK的电源管理芯片，用STMPS2141STR替代，供电方式也不是单一的USB外部供电模式，用LDK2M33R、LD1117S50TR、LDL1112PV33R共同组成供电方案，因此这款主板的电源供电选择可采CHG、E5V、VIN、STLK这4种组合，这种组合方式常见于Discovery系列的主板中。

4、简要介绍了前面几款主板，接下来就是本文特别介绍的板载STM32G431RB芯片MB1367主板。这里我用NUCLEO-G431RB与之前的NUCLEO-F302R8做一个对比，见图二。

▲图二，左侧是NUCLEO-G431RB，右侧是NUCLEO-F302R8

A、 STLINK主控芯片的区别

区别最大的就是STLINK主控芯片，用STM32F723替换了沿用3个NUCLEO64系列主板的STM32F103C8，周边的NUCLEO扩展接口发生了变化。从用于STLINK芯片，可以发现这款主板用料实实在在。

在之前ST出品的资源更为丰富Discovery系列主板中，有采用同型号MCU的开发板32F723EDISCOVERY，有兴趣的同学可以观摩一下。

▲图三，ST-LINK链接功能图

B、 电源树

▲图四，电源树图

这款主板采用了多电源组合供电模式，因此根据JP5跳线的不同选择，供电的路径是不一样的。

• 选择5V_STLIK供电时，供电路径分别经过 U4、JP5、U12和U14 然后到ST-LINK、MCU以及MIPI10接口。
  

• 选择5V_VIN供电时，通过主板上Auduino接口的VIN输入小于12V的电压、经过U11稳定到5V，然后经过U12和U14然提向ST-LINK、MCU以及MIPI10接口供电。
  

• 选择E5V供电时，5V电源通过主板上E5V（CN7）接口供电，然后经过JP5、U12向ST-LINK、MCU以及MIPI10接口供电。
  

• 选择5V_CHRG时，电源源头还是经过USB、JP5、U12向ST-LINK、MCU以及MIPI10接口供电。

C、 接口传承

主板的接口丰富，继续沿用NUCLEO系列中Aduino和ST Morpho连接扩展接口，兼容大部分X-NUCLEO扩展板的应用，仅需少量改动代码就能兼容不同的扩展应用组合。

▲图五，接口引脚略图

D、 板载晶振数量和类型

这款主板用料上实在的又一个证明就是为MCU搭配的晶振也是满配，全部采用小型号贴片封装的晶振：分别是24MHz的2016型晶振、 32.768KHz的3215型晶振、25MHz的2520型晶振。

E、 继承和创新

这款主板继续沿用了MB1360系列主板的设计概念：MicoUSB接口、多电源组合供电模式。最细致之处是为Boot方式专门设计了跳针，方便设计、调试程序时选择启动方式带来便利 。

F、 主板工艺开窗

由于使用了STM32F723IEK6的封装（UFBGA176）主板的制作工业有发生了变化，采用了4层板设计，厂商用心的在主板下方的透明窗体中清晰的标明了板的层数。这是我又一次在主板上看见层数开窗的设计，之前多在欧系电子厂商中看见这样的层数开窗设计，让使用者对主板的情况有清晰的认识。

二、MCU概览

▲图六，功能块图

从官方STM32G431RB功能块图可以看出，G431的主要设备功能：

1、 内核方面：

• 使用ARM® 32位Cortex® M4 CPU，频率高达170 MHz，带FPU，带MPU，带DSP指令，自适应实时加速器（ART加速器），允许从闪存执行0等待状态，处理能力达到213个DMIPS(Dhrystone Million Instructions executed Per Second：每秒百万次整数指令处理能力) ；

• 带ETM: 嵌入式跟踪宏单元(Embedded Trace Macrocell) 方便程序调试；

• 具有12通道DMAMUX；

• 片内存储空间：128KB Flash和22KB SRAM满足大多数程序的需要。

2、 MCU可复用连接接口包含：

• 串行基础通信：3个SPI、3个IIC、4个UxART；

• USB接口：1个高速USB2.0接口，1个带PHY的USB-C PD3.0接口；

• 1个具备灵活数据速率的CAN接口（CAN-FD）；

• 2个半双工串行音频接口；

3、 片内加速器：

• 具备ART加速，具备10KB 内核专用存储器（CCM-SRAM）；

• 具备数学加速器：适合三角函数的坐标旋转数字计算方法(Cordic)、滤波数学加速器（FMAC）；

4、 片内多种定时器：

• 具备1个32位定时器；

• 具备5个16位不同种类的定时器；

• 具备2个16位基础定时器；

• 具备2个16位高级电机控制定时器（8通道，满足最多8x脉宽调制通道）；

• 具备1个低功耗定时器；

5、 逻辑电路单元：

• 具备2个12位ADC；

• 具备4个比较器；

• 具备4个DAC(2个带输出buff,2个不带buff)；

• 具备3个运算放大器；

• 具备1个温度传感器；