1.1 STM32G4系列的特性
STM32G4并不是从零开始的新产品线，它是2012年发布的STM32F3产品线的延续版本，继承了很多STM32F3的理念和基因，同时带来更强劲的性能和数模效果。意法半导体在2012年发布了首款混合信号微控制器STM32F3，后续发布了STM32F343，从而进入原来被DSP垄断的数字电源市场。为满足不断升级的市场需求，2019年意法半导体又推出了性能更强大的STM32G4。从STM32F3到STM32G4的迭代和延续如图1-2所示。
图1-2 从STM32F3到STM32G4的迭代和延续
STM32G4是STM32F3的升级，并不是完全取代，因为STM32G4各方面的配置比STM32F3更高级，资源也更丰富。STM32G4具有170MHz Cortex-M4内核，集成浮点运算、单指令乘加单元和坐标旋转数字计算机（Coordinate Rotation Digital Computer，CORDIC），内部集成高速比较器、高速运算放大器（简称运放）、高速ADC、高速DAC，支持CAN FD、在线升级，以及高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）和信息安全，集成USB Type-C PD 3.0，同时具备高性能和低功耗特性。STM32G4在很大程度上填补了STM32F3的市场空白。STM32F3和STM32G4的性能对比如图1-3所示。
图1-3 STM32F3和STM32G4的性能对比
STM32G4系列基于170MHz的Cortex-M4高速内核，具有浮点单元和DSP扩展指令集支持功能，其性能测试取得了213DMIPS和550Core-Mark的成绩。STM32G4可以有效地帮助用户优化PCB设计，其内置多种模拟外设及周边和MCU配套的分离器件，在提高集成化的同时缩小PCB设计面积，进一步降低系统级的设计成本。与STM32F3系列相比，STM32G4在性能、丰富的内置数模外设、功能安全与信息安全，以及完整的产品目录4个方面有创新和技术优势。
1）性能
除了内核170MHz高主频，为了提升性能，STM32G4系列增加了3种不同的硬件加速器，包括ART加速器（动态缓存），用来实现全部代码加速，帮助用户提高代码综合执行效率；关键程序加速器CCM-SRAM（静态缓存），用来预配置确定性保障；数学加速器，涉及三角函数和数字滤波器，这对STM32G4来说具有革新意义。例如，在电机控制应用中若遇到三角函数计算（矢量旋转、矢量转换、双曲正弦、双曲余弦、反正切、反双曲正切）则会交给数学加速器来处理，这样不仅可以减轻CPU的负担，而且可以提高计算效率，可比原来由CPU处理的效率提升5倍。
2）丰富的内置数模外设
STM32G4采用集成化设计，拥有丰富的内置数模外设。内部集成了所有模拟分离器件，这种集成化的设计不仅减小了PCB尺寸，而且节约了项目开发成本。在25个模拟外设中，包括5个400万次/s的12位ADC，其具有硬件过采样功能，相较于全部在软件中执行的产品，它可以在很大程度上减轻CPU的负担，实现16位分辨率；6个高速、高增益带宽运放；7个1500万次/s的12位DAC；7个比较器，传播延迟为16.7ns。一个STM32G4就可以实现双电机三电阻电流采样，双FOC控制，无须外加比较器和运放，使电机控制设计更加简洁，BOM成本更加优化。同时STM32G4添加了CAN-FD接口，不仅“负载能力”更强，速度更快，而且增加的3个CAN-FD可以满足更多的CAN总线应用的需求。高精度定时器能够生成精度达到184ps的PWM波形，USB Type-C控制器及内置的1%精度的时钟提高了数字电源控制精度。为多种应用场景提供的数模外设如表1-1所示。
表1-1 为多种应用场景提供的数模外设
续表
3）功能安全与信息安全
STM32G4产品采用双Bank Flash机制，这一创新应用主要考虑到信息的安全性。STM32G4内部有两个用户Flash区域，支持同时在两个不同的Bank上加载应用程序，一个Bank用来运行程序，另一个Bank可以在线升级固件程序。这两个Flash区域是一模一样的，并且地址是连续的，两个地址还可以互相切换，用户只需设置一个寄存器就可以实现瞬间切换两个Bank的地址，这样可以保证应用软件在线升级的同时不影响系统的正常运行。在这两个Flash区域中可以设定一块安全存储区域（在烧写程序前配置，一旦设定不可更改），其大小可根据项目需求配置，在系统退出时可以配置为锁定，使应用程序无法再被读取或调试，该区域不仅适合用于存储关键程序和密钥等敏感信息，而且可以保护固件安全实时升级；编程后调试访问禁用功能可以降低风险；其他安全机制包括先进的AES-256加密引擎、唯一设备ID码和硬件随机数生成器。
4）完整的产品目录
STM32G4产品拥有一个完整的平台，包含10余种类型的开发板，覆盖从入门到高端的不同需求。STM32G4产品系列构成如图1-4所示。相较于STM32F3系列，STM32G4的封装引脚更加丰富，增加了80引脚和128引脚的产品，给用户提供了更多的选择。目前STM32G4产品线从32KB覆盖至512KB，它的引脚数从32引脚覆盖至128引脚。在温度方面，STM32G4有更高温度的认证，它可以在环境温度达到高温125℃的场景应用。特别是一些对环境温度严苛的场景中，如“硬件板级嵌入式”控制器、编码器、四轮车控制器和在特殊环境工作下的数字电源等。
STM32G4主流型号的外设资源对比如表1-2所示。
图1-4 STM32G4产品系列构成
表1-2 STM32G4主流型号的外设资源对比
STM32G4拥有强大的生态系统，其基于ARM内核，可帮助用户更好地利用ARM强大的生态系统来进行设计。意法半导体还为STM32G4配备了Nucleo开发板（NUCLEOG474RE和NUCLEO-G431RB）、功能齐全的评估板（STM32G474E-EVAL和板载加密加速度计的STM32G484E-EVAL）和STM32CubeG4软件包、Nucleo电机控制专用开发板（PNUCLEO-IHM03）和软件开发套件（X-CUBE-MCSDK），以及探索套件（B-G474E-DPOW1*和B-G431B-ESC1*）。其产品系列如图1-5所示。
图1-5 STM32G4产品系列