2018年底，意法半導體(ST)在其STM32產品家族中新增了STM32G0系列微控制器。此舉向外界釋放出了一個很明確的信號——STM32 MCU從“F”系列到“G”系列的主流型系列升級之旅，已經全面開啟。未來，越來越多“G”字輩新微控制器系列的涌現，將不是一件令人感到意外的事件。

　　果然，半年之后，STM32G4系列來了。

　　新人新氣象

　　ST官方將G4系列定位于“主流型MCU”系列，可視為STM32F3/STM32F1的升級之作，但又保持了高度兼容性。在產品設計上彌補了前者的性能和外設資源上的不足，以適應細分市場發展需要的同時，又讓開發者有機會將以前的設計平滑過渡到新一代MCU平臺上，從而在電機控制、工業設備、儀器與測量、高端消費類產品、數字電源(高頻數字開關電源、功率因數補償)等領域幫助用戶實現差異化的性能和更高的開發效率。

　　STM32G4系列基于170MHz Arm Cortex-M4高速內核打造，具有浮點單元和DSP擴展指令集支持功能，性能測試成績213DMIPS和550CoreMark。之所以不采用Cortex-M33內核，意法半導體微控制器事業部微控制器產品經理、數字電源及電機控制市場經理Jean-Marc Mathieu給出的解釋是M33雖然具備更強的安全性，但成本會比M4更高，而且所有的內核、總線、外設、連接都要支持Arm TrustZone架構，考慮到設計的復雜度和上市時間，ST方面決定還是繼續沿用M4內核。

　　意法半導體微控制器事業部微控制器產品經理、數字電源及電機控制市場經理Jean-Marc Mathieu

　　值得一提的是，除了繼續保留此前使用過的用來提升存儲器-高速緩存動態和靜態訪存性能的ART加速器和關鍵程序加速(CCM-SRAM)之外，STM32G4系列還首次引入了兩個新的硬件數學加速器：濾波算法加速器(Filter-Math Accelerator, FMAC)和坐標旋轉數字計算(CORDIC)專用引擎，計算效率相比Arm內核高出至少3倍。例如電機控制應用中的旋轉和矢量三角法，以及一般的對數、雙曲線和指數函數、信號調理IIR/FIR濾波算法或數字電源3p/3z控制器，以及卷積和相關函數等矢量函數。此外，這種減負方法還可以讓內核釋放更多的資源，用于接收更多的傳感數據和控制其它用戶功能。

　　引入如此多加速器的目的肯定是希望提升系統級性能。但Jean-Marc Mathieu認為，系統級性能不僅僅取決于CPU的運算速度和指令處理效率，也和外設息息相關。因此STM32G4系列在模擬外設方面最多集成了25顆芯片，包括一個具備12個獨立通道，每個通道分辨率184ps，有溫漂和電壓漂移自補償功能的高分辨率定時器；5個16位分辨率，有硬件過采樣功能的400萬次/秒12位模數轉換器(ADC)；6個高速、高增益帶寬運算放大器，內部1%增益設定可實現；7個1500萬次/秒12位數模轉換器(DAC)；以及7個傳播延遲為16.7ns的比較器。

　　為了使開發人員能夠應對最新的網絡安全挑戰，G4系列設計了可擴展的安全存儲區域用于存放密鑰等敏感信息，并提供AES-256加密引擎、唯一設備ID碼和硬件隨機數生成器(TRNG)。此外，雙Bank Flash機制也是創新，用戶可以在一個Bank上運行已經加載的應用程序，在另一個Bank上在線加載新版本固件程序，當升級加載完成后，只要設置一個寄存器就可以實現瞬間切換這兩個Bank間的地址，從而實現在線固件升級。

　　運行模式下，G4系列具備160μA/MHz的動態能效，雖然比不上STM32低功耗產品線，但相對上一代STM32F3仍提升了2.7倍，且比傳統DSP產品有至少兩倍以上的提升。這在數字電源應用場景中極為關鍵，因為要實現95%甚至98%以上的轉換效率，數字器件上的能耗損失就不能被忽略。

　　ST將G4系列計劃的152款產品分為三大產品線：高精度PWM型STM32G474、性能型STM32G473和入門型STM32G431。STM32G474和STM32G473產品間唯一的區別就是有無高精度定時器。而入門級的STM32G4x1在性能方面并不低于前兩者，只是模擬外設方面會有些精簡。

　　為了輔助應用開發，STM32開發生態系統新增了支持STM32G4 MCU的Nucleo開發板、評估板和STM32CubeG4軟件包。此外，還有一套電機控制專用的開發板和軟件開發套件，以及專為高精度定時器的使用方法量身定做的使用手冊-AN4539，詳細介紹了高精度定時器針對不同數字電源拓撲結構的使用和配置方法。

　　助力數字化電源轉換

　　眾所周知，傳統的數字電源控制器大多采用“DSP+模擬”架構，而此番STM32G4系列采用了“MCU+DSP”架構，這是否意味著未來的數字電源控制器技術將發生重大改變？Jean-Marc Mathieu的觀點是，在“DSP+模擬”架構中，用戶使用的主要是DSP廠商的私有內核，相對比較封閉，資源都掌控在DSP廠商手中，但實際上用戶更愿意使用arm通用內核，此為其一；其二，隨著工藝和性能的提升，目前MCU內核所具備的DSP性能已經不輸于傳統DSP器件，整體功耗表現可能還會更好。如果數字電源轉換效率想達到95-98%，那么設計者就不得不考慮核心控制器系統的能耗；其三，數字電源用戶在設計產品時，用到的產品不僅僅只有電源控制器，還包括人機界面等許多方面，如果還停留在傳統DSP的使用上，設計人員就必須為其單獨保留一套開發環境和相應的工程師團隊。但如果切換到Arm生態系統中，就可以在所有不同項目開發中使用同樣的工具、開發環境和使用習慣，這點非常重要。

　　其實早在2014年，ST就發布了面向數字電源市場的第一款產品STM32F334，但Jean-Marc Mathieu說那時ST是數字電源主控市場的新來者，實力還不足以撼動已經形成壟斷之勢的DSP產品。隨后的5年時間內，ST首先花費了3年時間收集客戶反饋，接著又花費了2年時間設計一個新的IP，直到STM32G4的誕生。

　　隨著STM32G4系列的發布，STM32產品線實現了數字電源市場高中低應用的全覆蓋。其中STM32F334采用Cortex-M4內核，配置HRTIMer（全功能高精度定時器）v1數字及模擬部分，精度達到217ps，主要服務低端應用；STM32H743采用Cortex-M7內核，計算能力更強，配置配置HRTIMer v1僅數字部分，精度2ns，主要服務高端應用；STM32G4系列是STM32F3的延續，可以滿足中端市場的應用。

　　意法半導體中國區微控制器產品市場經理彭祖年

　　但意法半導體中國區微控制器產品市場經理彭祖年強調稱，數字電源是一個統稱，不同的功率和拓撲對相關資源的需求肯定不同，因此G4系列的推出并不意味著對STMF334系列的全盤取代，只是做了相應提升，以便覆蓋更復雜的數字電源應用場景。