Аналоги STM32: GD32, APM32, AT32 и CH32 - что совместимо на самом деле

Вместо STM32 чаще всего ставят четыре китайских семейства микроконтроллеров: GigaDevice GD32, Geehy APM32, Artery AT32 и WCH CH32. У тех из них, что построены на Cortex-M, распиновка и адреса регистров близко повторяют заменяемый STM32, поэтому плата обычно остаётся прежней. Прошивка обычно нет. В документах самих производителей перечислены отличия в задержках flash, запуске генератора, программировании flash, USB и потреблении, а часть инструментов ST отказывается работать с чужими кристаллами. Микроконтроллеры WCH серии CH32V встают на посадочные места STM32, но у них ядро RISC-V, поэтому нужен полноценный перенос, а не пересборка.

Считайте любой из них аналогом, который нужно квалифицировать, а не прямой заменой: пересоберите проект с заголовками производителя, перепроверьте тактирование, запись во flash, USB и режимы пониженного потребления и сверьте электрические ограничения - они различаются сильнее, чем признают большинство сравнений. Ни один из производителей не обещает, что прошивка от STM32 заработает без изменений, а в проверенных нами документах ST не названа вообще: в руководствах Artery по миграции речь идёт о микроконтроллерах «SXX32».

Мы поставляем из Шэньчжэня и STM32, и эти аналоги. Ниже - что на самом деле написано в даташитах и апнотах на октябрь 2026 года.

---

Что чем заменяют

Для сравнения: STM32F103 - Cortex-M3 на 72 МГц с питанием 2,0-3,6 В. Столбец «обычно заменяет» составлен по распиновке и карте памяти; руководства по миграции «деталь в деталь» публикует только Artery. Источники: даташиты GigaDevice, страницы продуктов Geehy, даташиты Artery и таблица соответствия, даташиты WCH.

Две ошибки, которые часто встречаются в интернете: микроконтроллера «GD32F030» не существует (младшие серии GigaDevice - GD32F1x0 и GD32E230), а AT32F403A работает на 240 МГц, не на 288. 288 МГц - это AT32F435/437.

---

Flash: области без задержек и медленное программирование

Отсюда берётся большинство сюрпризов с производительностью.

• Без задержек выполняется только часть flash. У GD32F103 без тактов ожидания работают только первые 256 КБ («code area»); за её пределами даташит GigaDevice предупреждает о долгих задержках выборки. У GD32F4xx эта область - 512 КБ. Почему так, видно на фотографиях кристаллов Zeptobars: в корпусе GD32F103 рядом с кристаллом микроконтроллера стоит отдельный кристалл последовательной flash (Zeptobars).
• Artery называет цифру. У AT32F403A код из области с задержками выполняется примерно в 0,4 раза медленнее, то есть 240-мегагерцовый микроконтроллер там ведёт себя примерно как 96-мегагерцовый (Artery FAQ0069). Если в пользовательских настройках выбрать увеличенную SRAM на 224 КБ, область без задержек сокращается до 128 КБ.
• У WCH так же. У CH32V203 и CH32V30x на полной скорости работает только область без задержек, а тактовая частота flash ограничена 60 МГц.
• Стирание и запись дольше. GD32F103: стирание страницы 50 мс типично (до 400 мс) и полное стирание 2,4 с типично для 128 КБ, против 20-40 мс у STM32F103 (даташит GD32F103, даташит STM32F103). Полное стирание AT32F403A: 0,8-2,8 с против 40 мс (Artery MG0007). Первыми ломаются загрузчики и эмуляция EEPROM с жёсткими таймаутами.
• Другие размеры страниц и опционных байтов. Страницы GD32 - 1 КБ у моделей до 128 КБ, 2 КБ в первых 512 КБ у старших моделей и 4 КБ дальше. Область пользовательских настроек AT32F403A - 48 байт против 16 у STM32F103.

Что делать: держите критичный по времени код и обработчики прерываний в области без задержек (проверьте по map-файлу линкера) и перепроверьте каждую запись, стирание и таймауты загрузчика.

---

Тактирование и запуск

• Таймаут запуска HSE - классическая причина «не стартует». По умолчанию у ST HSE_STARTUP_TIMEOUT равен 0x0500. В руководстве GigaDevice по переносу ПО (AN001) сказано поменять его на 0xFFFF (GD AN001). В errata Geehy для APM32F103 написано, что 0x0500 может не хватить, и рекомендовано не меньше 0x3200 (errata Geehy). В библиотеке самой Artery стоит 0x3000.
• Старт дольше. GD32F103 от сброса до main нужно 9-68 мс типично при области кода 16-128 КБ и 125 мс при 256 КБ. AT32F403A стартует за 13 мс против 2,5 мс у STM32F103, а из Standby выходит за 8 мс против 50 мкс. Всё, что должно быстро реагировать после сброса или пробуждения, нужно перепроверить.
• Такты ожидания. У APM32F103 задержка flash - 0/1/2/3 такта при частоте до 24/48/72/96 МГц, настраивается привычно. По GD32F303 документы GigaDevice расходятся между собой, поэтому лучше измерить.

---

USB

Здесь плату всё-таки может понадобиться изменить.

На плате под STM32F103 с внешней подтяжкой 1,5 кОм на D+ после установки AT32F403A или CH32V окажется вторая, встроенная, поэтому внешний резистор нужно убрать. Кроме того, у AT32F403A делитель частоты USB допускает только значения от /2 до /4 (Artery MG0007).

---

Питание и электрические ограничения

• Минимальное напряжение. GD32F1/F3 и AT32F403A нужно не меньше 2,6 В, а STM32F103 работает от 2,0 В. Изделия, которые питаются от просаживающейся батареи или шины 2,5 В, с ними не заработают. APM32F103 повторяет диапазон STM32F103: 2,0-3,6 В.
• Предельно допустимое напряжение. У GD32F103 абсолютный максимум 3,6 В против 4,0 В у STM32F103. Выбросы питания, которые переживает STM32, для него могут быть опасны.
• Потребление в режимах сна. Здесь самая большая документированная разница:

Источники: даташиты GD32F103 и STM32F103, Artery MG0007. Для изделий на батарейках одного этого может хватить, чтобы отказаться от замены.

• Аналоговые мелочи. У AT32F403A встроенный датчик температуры имеет положительный наклон характеристики, а у STM32 - отрицательный, АЦП работает на 2 Msps, а вывод BOOT0 постоянно подтянут к земле резистором около 90 кОм.

Выводы, которые не совпадают

«Pin-to-pin» верно для большинства корпусов, но не для всех:

• AT32F421 в LQFP48: выводы 35 и 36 - это PF6/PF7, а у STM32F030CC на этих местах VSS/VDD (Artery MG0016). Интерфейсы I2C и АЦП тоже отличаются.
• AT32F435/437: выводы, которые у STM32F405/407 служат VCAP_1 и VCAP_2, здесь GPIO (PH3/PH2).
• CH32F103: только SWD. Плату, где используется JTAG, придётся дорабатывать.

---

Отладка и библиотеки

• Пакет Keil для STM32F1 отвергает чужие кристаллы. Keil.STM32F1xx_DFP проверяет идентификатор устройства и останавливается с сообщением «Not a genuine ST Device!». Errata Geehy советуют использовать пакет Geehy или закомментировать проверку (описание пакета Keil).
• Отладочный сервер самой ST тоже может отказать. Пользователи сообщают, что GDB-сервер ST-LINK в STM32CubeIDE останавливается с «Could not verify ST device!» на клонах, тогда как OpenOCD работал (сообщество ST, Хабр). Заявлений ST о поддержке чужих микроконтроллеров мы не нашли.
• Идентификаторы отличаются. APM32F1 отдаёт JTAG/SWD ID 0x4ba00477/0x2ba01477 против 0x3ba00477/0x1ba01477 у STM32F1, поэтому конфигурация OpenOCD для STM32F1 не проходит проверку ID. GD32F1x0 используют тот же Device ID 0x410, что и STM32, но с другими ревизиями.
• Берите инструменты производителя. У каждого есть пакеты для Keil/IAR и свой программатор: GD-Link, Geehy-Link, AT-Link и WCH-Link. CH32V отлаживаются через двухпроводной интерфейс WCH SDI, а не SWD, и требуют WCH-Link. Последний номерной релиз OpenOCD - 0.12.0 (январь 2023 года) - вышел раньше поддержки Geehy и Artery, она есть только в ветке разработки; поддержка CH32 - в форке WCH (OpenOCD).
• Библиотеки не взаимозаменяемы. Производители переименовывают периферию: у GigaDevice RCU, FMC, TIMER0 и USART0; у Geehy RCM, TMR и EINT; у Artery префиксы crm_ и tmr_; WCH копирует имена из старой SPL от ST.
• Проверьте лицензию на middleware ST. Драйверы HAL и LL из STM32CubeF1 распространяются по BSD-3-Clause. А USB Device и Host и STemWin - по лицензии ST SLA0044, которая разрешает их использование только с устройствами ST (лицензия STM32CubeF1, лицензия USB Device). Если изделие переходит на GD32 или AT32 и сохраняет USB-стек ST, возникает проблема с лицензией.

CH32V - это перенос, а не замена

CH32V203 и CH32V30x встают на посадочные места класса STM32, но их ядра QingKe построены на RISC-V. Прошивки для Cortex-M на них не работают. Для переноса нужны тулчейн RISC-V, таблица векторов через mtvec, контроллер прерываний PFIC от WCH вместо NVIC и другие номера прерываний (WWDG_IRQn - 16, а не 0). Атрибут «WCH-Interrupt-fast» штатный GCC не принимает, поэтому используйте тулчейн WCH или перепишите обработчики (руководство QingKe V4, атрибуты RISC-V в GCC).

Errata и ревизии кристалла

Читайте errata для конкретной модели и ревизии. Пример: в ранних ревизиях APM32F407 (A2/A3) реализованы только три бита приоритета NVIC - восемь уровней против шестнадцати у STM32F407; в ревизиях C1/C2 это исправлено (errata Geehy).

---

Чек-лист миграции

1. Сравните распиновку конкретного корпуса, а не семейства: выводы питания AT32F421 в LQFP48, выводы VCAP у AT32F435, подтяжку USB D+.
2. Сверьте диапазон питания и предельно допустимые значения с вашими шинами: минимум 2,6 В отсекает часть изделий.
3. Пересоберите проект со стартовыми файлами и заголовками производителя, увеличьте HSE_STARTUP_TIMEOUT, настройте задержки flash и тактирование под новый кристалл.
4. Держите горячий код в области flash без задержек и проверьте это по map-файлу.
5. Перепроверьте работу с flash: размеры страниц, время стирания, опционные байты, таймауты загрузчика.
6. Перепроверьте USB: подтяжку, источник тактирования, делитель.
7. Измерьте потребление во всех режимах сна, которые использует изделие.
8. Заново откалибруйте АЦП и датчик температуры.
9. Настройте отладку с пакетом и программатором производителя или со свежей сборкой OpenOCD.
10. Замените middleware ST, лицензированное только для устройств ST.
11. Квалифицируйте во всём температурном диапазоне, проведите длительные испытания и зафиксируйте ревизию кристалла, на которой прошли квалификацию.

---

Закупка

Аналоги pin-to-pin - один из главных способов пережить дефицит STM32 или снятие модели с производства; общая стратегия - в нашей статье об управлении EOL-компонентами. Если рассматриваете замену, закажите образцы для квалификации до серийных объёмов и внесите аналог в BOM отдельной согласованной строкой, а не в одно поле с исходным партномером; формат показан в статье о подготовке BOM.

Мы поставляем STM32 и их аналоги из Шэньчжэня, помогаем с подбором замен и можем отправить образцы для вашей квалификации. Отправьте запрос с партномером, который нужно заменить.

---

Частые вопросы

GD32 - это прямая замена STM32?

Для платы - обычно да, для прошивки - нет. Большинство корпусов GD32F1/F3 повторяют распиновку STM32, но руководство самой GigaDevice по переносу требует изменений в прошивке: увеличить таймаут запуска HSE и использовать алгоритм прошивки flash от GigaDevice. Кроме того, GD32 нужно не меньше 2,6 В, flash без задержек есть только в первых 256 КБ, а в глубоком сне потребление намного выше.

Какой аналог ближе всего к STM32F103?

На бумаге - Geehy APM32F103: то же ядро Cortex-M3 и то же питание 2,0-3,6 В при частоте до 96 МГц. Errata Geehy всё равно требуют увеличить таймаут запуска HSE. GD32F103 быстрее (108 МГц), но требует 2,6 В. AT32F403A намного быстрее (240 МГц, Cortex-M4F), но и отличий больше: встроенная подтяжка USB, долгий старт, высокое потребление во сне.

Можно ли прошивать GD32 или AT32 программатором ST-LINK?

Аппаратно SWD работает с инструментами вроде OpenOCD, но пакет Keil для STM32 отвергает чужие кристаллы, а сервер ST-LINK в STM32CubeIDE, по сообщениям пользователей, тоже. Используйте пакет Keil и программатор производителя (GD-Link, AT-Link) или свежую сборку OpenOCD.

Заработает ли на них код на STM32 HAL?

Скомпилировать его можно - HAL из STM32CubeF1 распространяется по лицензии BSD, - но ни один производитель не гарантирует, что он заработает без изменений: как минимум придётся поправить тактирование, таймауты запуска и настройки flash. USB-стек ST лицензирован только для устройств ST.

Совместим ли CH32V203 с STM32F103?

Он встаёт на посадочное место класса STM32F103, но ядро у него RISC-V, поэтому прошивку STM32 придётся переносить на другой тулчейн, контроллер прерываний и интерфейс отладки. Вариант от WCH на Cortex-M3 - CH32F103.

Достаточно ли они надёжны для серийного производства?

Надёжность нужно подтверждать квалификацией, а не принимать на веру. Испытайте образцы во всём температурном диапазоне и во всех режимах работы, прочитайте errata для конкретной ревизии кристалла и зафиксируйте ревизию, на которой прошли квалификацию.