STM32

概要

STM32はSTMicroelectronics（STマイクロエレクトロニクス）が製造するARMアーキテクチャベースの32ビットマイコンファミリーです。2007年に初代STM32F1シリーズが発売されて以来、世界の産業機器・家電・医療機器・自動車電装・IoT機器に広く採用されています。

現在のSTM32はARM Cortex-Mコア（Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M33/M55）を採用し、クロック周波数は24MHz〜550MHz、フラッシュは16KB〜数MB、RAMは6KB〜1MB以上という幅広い製品ラインナップを持ちます。充実したペリフェラル（UART・SPI・I2C・CAN・USB・Ethernet・ADC・DAC・DMA・タイマー）と電力管理機能を備えています。

開発環境にはSTM32CubeIDE（Eclipseベースの無償IDE）・STM32CubeMX（グラフィカルな初期設定ツール）・HAL（ハードウェア抽象化レイヤー）が提供され、初期設定からコード生成まで一貫したフローで開発できます。産業分野での長期供給保証（最長15年）も採用の大きな理由の一つです。

歴史・背景

2007年にSTマイクロがARM Cortex-M3コアを採用したSTM32F103シリーズを発売。72MHzのクロック・最大512KBフラッシュ・128KB RAMという当時最高水準の性能を低価格（数百円〜数千円）で提供しました。STM32F1は今も多くの産業機器・評価ボードで使われる定番です。

2011年にはCortex-M4コア（DSP命令・FPU内蔵）のSTM32F4が登場。168MHzの高性能で音声処理・モーター制御に広く採用されました。2014年にはCortex-M7コアのSTM32F7（216MHz）・2017年にはSTM32H7（550MHz、Cortex-M7 + Cortex-M4デュアルコア）が登場し、組み込み向け最高性能マイコンの地位を確立しました。

IoT向けには2017年のSTM32L0/L1（超低消費電力Cortex-M0/M0+）・STM32WB（BLE + M4 + M0+デュアルコア）・STM32WL（LoRa/Sub-GHz + M4 + M0+デュアルコア）など無線統合モデルも展開されています。

技術仕様

主要シリーズ比較

シリーズ	コア	クロック	Flash	RAM	特徴
STM32F0	Cortex-M0	〜48MHz	16〜256KB	4〜32KB	超低コスト
STM32F1	Cortex-M3	〜72MHz	16〜1MB	6〜96KB	定番・汎用
STM32F4	Cortex-M4F	〜180MHz	512KB〜2MB	128〜256KB	DSP・FPU・高性能
STM32F7	Cortex-M7F	〜216MHz	1〜2MB	256〜512KB	高速・外部RAM対応
STM32H7	Cortex-M7F (+M4F)	〜550MHz	2MB	1MB	最高性能
STM32L0	Cortex-M0+	〜32MHz	16〜192KB	2〜20KB	超低消費電力
STM32L4	Cortex-M4F	〜80MHz	256KB〜1MB	128〜640KB	低消費電力・高性能
STM32L5	Cortex-M33	〜110MHz	256〜512KB	256KB	TrustZone対応
STM32G0	Cortex-M0+	〜64MHz	32KB〜512KB	8〜144KB	低コスト・豊富なペリフェラル
STM32G4	Cortex-M4F	〜170MHz	128KB〜512KB	96〜128KB	モーター制御特化
STM32WB	Cortex-M4+M0+	64MHz	256KB〜1MB	256KB	BLE 5.4内蔵
STM32WL	Cortex-M4+M0+	48MHz	256KB	64KB	LoRa/Sub-GHz内蔵

STM32F4（Cortex-M4）の詳細仕様例（STM32F407VGT6）

項目	値
CPU	ARM Cortex-M4（168MHz、Thumb-2命令セット）
FPU	単精度浮動小数点ユニット（単精度演算をハードウェアで処理）
DSP	SIMD・乗算累算命令（信号処理に最適）
Flash	1MB（3.3Vで待ち状態なし最大30MHz、アクセラレータ搭載）
SRAM	192KB（112KB+64KB+16KB分割）
バックアップRAM	4KB（バックアップドメイン）
タイマー	17本（高度制御×2、汎用×12、基本×2）
UART	6本（最大10.5Mbps）
SPI	3本（最大42MHz）
I2C	3本（最大400kbps FM / 1MHz FM+対応）
CAN	2本（bxCAN 1Mbps）
USB	USB OTG FS + HS（HS外付けPHY経由）
Ethernet	10/100 Ethernet MAC（IEEE 802.3準拠、外付けPHY必要）
ADC	3本（12bit、最大2.4MSPS、24ch）
DAC	2本（12bit）
DMA	2系統（8ストリーム×4chずつ）
GPIO	140本（最大）
SDIO	1本（SDカード接続）
I2S	2本（Audio DACとの接続）

動作原理

STM32の初期化フローはHALライブラリを使うのが一般的です：

// STM32F4 HALを使った基本的な初期化とGPIO制御
#include "stm32f4xx_hal.h"

int main(void) {
    // HALライブラリの初期化（SysTick = 1ms）
    HAL_Init();

    // システムクロックの設定（PLL経由で168MHzへ）
    SystemClock_Config();

    // GPIOクロック有効化
    __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();

    // GPIO設定
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  // プッシュプル出力
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

    while(1) {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOD, GPIO_PIN_12);  // LED1トグル
        HAL_Delay(500);                           // 500ms待機
    }
}

// UARTで文字列送信する例（HAL）
UART_HandleTypeDef huart2;

void UART_Init(void) {
    huart2.Instance = USART2;
    huart2.Init.BaudRate = 115200;
    huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    HAL_UART_Init(&huart2);
}

// 送信（ブロッキング）
const char *msg = "Hello STM32!\r\n";
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 1000);

// 送信（DMA）
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (uint8_t*)msg, strlen(msg));

ADC + DMA による連続計測

ADC_HandleTypeDef hadc1;
DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;
uint32_t adc_buf[1024];  // ADCサンプルバッファ

// ADC DMAを使って1024サンプルを連続取得
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, adc_buf, 1024);

// DMA完了コールバック
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    // adc_buf[]にサンプルが揃った
    process_adc_data(adc_buf, 1024);
}

用途・ユースケース

STM32が採用される主な用途：

産業用モーター制御: STM32G4・STM32F4のPWMタイマーとADCでブラシレスDCモーター・ステッピングモーターをベクター制御
医療機器: 血圧計・輸液ポンプ・除細動器などの制御。IEC 62304適合のコード品質
電力変換器: インバーター・PFC（力率改善回路）のPWM制御。STM32F7/H7が高速PWM対応
スマートメーター: 電力・ガス・水道の計量。低消費電力のSTM32L0/L4
車載ECU: STM32を採用した自動車部品が多数。CAN FD・LIN対応
工業用通信機器: Modbus・CAN・Ethernet通信のゲートウェイ
セキュリティカメラ: STM32のMIPIインターフェースとUSBでカメラデータを処理

実装・開発のポイント

STM32CubeMXによるコード生成

STM32の開発ではSTM32CubeMXが強力なツールです：

1. CubeMXでチップを選択
2. GUIでクロック・GPIO・ペリフェラルを設定
3. コードを自動生成（HAL初期化コード）
4. STM32CubeIDEでアプリケーションコードを追加
5. ビルド・JTAGデバッグ

デバッグ（SWD/JTAG）

STM32はSWD（Serial Wire Debug）とJTAGの両方に対応します。ST-Link（公式デバッガ）やJ-Linkと組み合わせてOpenOCDまたはSTM32CubeIDEのデバッガを使います：

# OpenOCDを使ったSTM32接続
openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg

# GDB接続
arm-none-eabi-gdb build/firmware.elf
(gdb) target extended-remote localhost:3333
(gdb) monitor reset halt
(gdb) load
(gdb) continue

FreeRTOSとの組み合わせ

STM32はFreeRTOSとの組み合わせが定番で、STM32CubeMXからFreeRTOSを選ぶとCMSIS-RTOS v2 APIで自動生成されます：

// FreeRTOS タスク生成
osThreadId_t sensorTaskHandle;
const osThreadAttr_t sensorTask_attributes = {
    .name = "sensorTask",
    .stack_size = 256 * 4,
    .priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,
};

void StartSensorTask(void *argument) {
    for(;;) {
        // センサー読み取り
        float temp = read_temperature();
        // キューに送信
        osMessageQueuePut(dataQueueHandle, &temp, 0, 0);
        osDelay(1000);  // 1秒待機
    }
}

他技術との比較

STM32 vs ESP32

項目	STM32	ESP32
アーキテクチャ	ARM Cortex-M	Xtensa LX6/LX7
Wi-Fi/BT	外付け必要（一部WBシリーズ除く）	内蔵
産業サポート	充実（15年供給保証）	限定的
リアルタイム性	高い	中程度（Wi-Fiスタックと競合）
価格	中程度（200〜3,000円）	安い（200〜500円）
ペリフェラル	豊富（CANなど産業向け）	標準的

STM32 vs nRF52（Nordic Semiconductor）

nRF52はBLE特化のARM Cortex-M4マイコンで、低消費電力無線通信に特化しています。STM32はより汎用的で産業向けペリフェラルが豊富ですが、BLE性能ではnRF52に劣ります。BLEデバイス専用ならnRF52、それ以外の産業・汎用用途ではSTM32が有力な選択肢です。

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