STM32 ou ESP32:pourquoi choisir STM32?

Choisir entre un STM32 et un ESP32 ne se résume pas au prix. De nombreux ingénieurs se posent la même question:si l'ESP32 coûte moins cher et intègre déjà le Wi-Fi et le Bluetooth, pourquoi choisir encore un STM32?

La réponse dépend des fonctions attendues du produit. Pour concevoir un appareil domotique connecté, l'ESP32 peut représenter la solution la plus rapide et la plus économique. En revanche, si le projet exige un contrôle déterministe, un échantillonnage ADC précis, une faible consommation, des interfaces industrielles, le contrôle de moteurs ou une disponibilité à long terme, le prix plus élevé du STM32 est souvent justifié.

Ce guide va au-delà d'un simple comparatif pour débutants. Il compare STM32 et ESP32 d'un point de vue technique et pratique, notamment leurs performances, leur consommation, leurs périphériques, leur connectivité, leurs applications industrielles et leurs environnements de développement. Il explique également pourquoi de nombreux produits commerciaux utilisent les deux puces.

Figure: Microcontrôleur STM32 et module sans fil ESP32.

Pourquoi choisir STM32 si ESP32 coûte moins cher?

Cette question revient souvent sur Reddit. Voici la réponse que les fiches techniques ne donnent pas.

Dans quels cas le prix du STM32 est-il justifié?

• Contrôle déterministe: La latence d'interruption du Cortex-M est bornée, ce qui est indispensable pour la commande vectorielle des moteurs (FOC), la régulation des alimentations à découpage (SMPS) et les verrouillages de sécurité
• Performances analogiques: Les ADC 12 bits des STM32 sont linéaires sur toute leur plage, tandis que les STM32H7 peuvent atteindre une résolution effective de 16 bits grâce au suréchantillonnage matériel. Les ADC des ESP32 deviennent non linéaires au-delà d'environ 2,5 V
• Communication industrielle: Prise en charge native de CAN/CAN-FD, prise en charge matérielle de RS485 et contrôleur MAC Ethernet. L'ESP32 dispose de TWAI, limité à CAN 2.0
• Certifications pour applications critiques: IEC 60730 classe B pour l'électroménager, AEC-Q100 pour l'automobile et outils destinés aux applications médicales
• Disponibilité à long terme: ST garantit une longévité de 7 à 20 ans avec une notification officielle de fin de vie

Dans quels cas l'ESP32 offre-t-il le meilleur rapport qualité-prix?

• Produits Wi-Fi: Un ESP32-C3 à 2 $ remplace un STM32 à 1,50 $, un module Wi-Fi à 3 $, une antenne et les démarches de certification associées
• Maison connectée avec Matter ou Thread: Les ESP32-C6 et ESP32-H2 intègrent directement les interfaces radio nécessaires
• Prototypage rapide: Arduino IDE et une connexion Wi-Fi opérationnelle en 20 minutes
• Électronique grand public: Modules précertifiés ne nécessitant pas d'expertise RF approfondie

STM32 ou ESP32:comparatif des performances

Performances du processeur

Les scores CoreMark donnent une vision plus concrète des performances:

Figure: Comparaison des performances CoreMark des puces STM32 et ESP32.

Traitement en temps réel

Le NVIC du Cortex-M traite les interruptions dans un nombre de cycles borné et prévisible. Cette caractéristique est essentielle pour les boucles PID, la lecture des codeurs et l'échantillonnage ADC synchrone. Le processeur double coeur de l'ESP32 améliore le débit de traitement, mais dans de nombreuses applications Wi-Fi, les tâches réseau consomment une part importante des ressources d'un coeur. La marge disponible pour le code de contrôle déterministe s'en trouve réduite.

Performances dans des projets concrets

• Contrôle de moteurs: Le STM32G4 équipé du HRTIM exécute une commande FOC multiphase à 30 kHz de manière déterministe. Sur ESP32, les interruptions radio introduisent de la gigue
• DSP audio et FFT: Les STM32F4 et STM32H7 équipés d'une FPU et d'instructions DSP sont plus performants
• Passerelle MQTT: L'ESP32 prend l'avantage grâce à sa pile Wi-Fi intégrée
• Fusion de capteurs à 9 degrés de liberté: Le STM32F4 atteint proprement 1 kHz, tandis que l'ESP32-S3 peut également y parvenir lorsque le Wi-Fi est désactivé

À retenir: Le STM32 est plus adapté aux traitements monothreads, déterministes et intensifs en DSP. L'ESP32 est plus performant pour les applications principalement liées au réseau.

Consommation du STM32 et de l'ESP32

Dans ce domaine, l'écart entre STM32 et ESP32 peut atteindre un ordre de grandeur.

Comparatif global de la consommation

Autonomie dans des applications réelles

• Capteur environnemental: Avec une pile CR2032 et un réveil LoRa toutes les 10 minutes, un STM32WL atteint environ 3 ans d'autonomie, contre environ 3 mois pour un ESP32 associé à un module LoRa
• Compteur intelligent: Alimenté par le secteur avec une batterie de secours, le watchdog d'un STM32L4 peut fonctionner pendant plusieurs années sur la batterie. L'ESP32 n'est utile que lorsque l'alimentation secteur est disponible
• Enregistreur GPS: Avec 2 piles AA et un relevé toutes les 5 minutes, un STM32L4 associé à un GPS atteint environ 12 mois d'autonomie, contre environ 2 mois pour un ESP32 avec GPS

À retenir: Pour une pile bouton ou plusieurs années d'autonomie, choisissez STM32. Avec une alimentation secteur ou une batterie LiPo de grande capacité, l'ESP32 convient.

STM32 ou ESP32:connectivité et consommation

Wi-Fi et Bluetooth

L'ESP32 prend clairement l'avantage. Tous les ESP32 classiques intègrent le Wi-Fi 802.11 b/g/n, le Bluetooth classique et le BLE 4.2. L'ESP32-C6 ajoute le Wi-Fi 6, Thread et Zigbee sur une seule puce. Des modules comme le WROOM-32E et l'ESP32-S3-WROOM sont précertifiés FCC, CE et IC, ce qui peut économiser plusieurs mois de démarches de conformité.

Les principaux modèles STM32 n'intègrent pas le Wi-Fi. Il faut ajouter un module externe, souvent un ESP32 utilisé comme coprocesseur Wi-Fi, ou choisir une gamme STM32 sans fil:STM32WB avec BLE 5.2, Zigbee et Thread, ou STM32WL avec LoRa et radio sub-GHz. Pour une connexion Wi-Fi, le STM32 nécessite toujours un composant supplémentaire.

Écosystème sans fil et certifications

Pour un produit IoT commercialisé, l'écosystème sans fil et le parcours de certification sont aussi importants que les performances matérielles. Les modules ESP32 prêts à l'emploi intègrent le routage RF, le réseau d'adaptation et le blindage. Espressif prend également en charge les coûts initiaux importants des certifications FCC, CE et IC.

Les puces récentes comme l'ESP32-C6 et l'ESP32-H2 constituent des plateformes natives pour les nouvelles normes de la maison connectée, avec une prise en charge intégrée de Matter, Zigbee et Thread.

Les gammes STM32WB et STM32WL offrent d'excellentes communications BLE et sub-GHz, mais STM32 ne propose pas d'équivalent Wi-Fi monopuces et précertifié. Les développeurs doivent donc gérer séparément la conception du circuit RF externe et les certifications réglementaires correspondantes.

Figure: Comparaison des réseaux industriels filaires avec STM32 et de la connectivité sans fil ESP32 pour la maison connectée.

Communication industrielle

• CAN et CAN-FD: Prise en charge native sur STM32F4, STM32G4 et STM32H7. L'ESP32 dispose de TWAI, limité à CAN 2.0
• RS485: STM32 propose une prise en charge matérielle éprouvée avec contrôle automatique de la direction via UART. L'ESP32 prend en charge RS485 au moyen des modes UART dédiés d'ESP-IDF, mais les périphériques UART industriels du STM32 offrent généralement davantage de fonctions
• Modbus RTU et TCP: Les deux plateformes sont stables, mais STM32 convient mieux au protocole Modbus RTU lorsque les contraintes temporelles sont strictes
• MAC Ethernet: Les STM32F4, STM32F7 et STM32H7 intègrent un MAC Ethernet. L'ESP32 classique dispose également d'un EMAC, mais nécessite un PHY externe comme LAN8720 ou IP101 ainsi qu'un travail de conception supplémentaire sur le PCB. Son niveau d'intégration n'est donc pas équivalent à celui du STM32

Résumé: Pour le sans-fil, choisissez ESP32. Pour les réseaux industriels filaires, choisissez STM32.

STM32 ou ESP32 pour les applications industrielles et IoT

L'idée centrale de ce comparatif est simple:STM32 est d'abord destiné aux applications industrielles, tandis qu'ESP32 est principalement orienté vers l'IoT. Cette différence influence l'ensemble des choix de conception.

Pourquoi STM32 domine-t-il les systèmes industriels?

• Automates et contrôleurs d'automatisation: Les STM32F4 et STM32H7 prennent en charge les contraintes temporelles de Modbus RTU/TCP, CAN-FD et Profibus que l'ESP32 ne peut pas garantir lorsque le réseau est fortement sollicité
• Variateurs de moteurs et onduleurs: Le HRTIM et les timers avancés du STM32G4 en font une plateforme de référence pour la commande FOC des moteurs BLDC et PMSM. Des firmwares open source comme SimpleFOC ciblent STM32 en priorité
• Compteurs d'énergie et comptage intelligent: Les STM32L4 et STM32U5 peuvent échantillonner l'ADC en continu avec une consommation inférieure au microampère. Le coeur métrologique reste actif, tandis que la radio, souvent un ESP32 séparé, ne se réveille que pour transmettre les données
• Noeuds Edge pour l'IoT industriel: Le STM32WB gère les réseaux de capteurs BLE, tandis que le STM32WL prend en charge LoRa, sans nécessiter de puce radio externe

Pourquoi ESP32 domine-t-il les produits IoT?

• Appareils domotiques: Wi-Fi, BLE et SDK Matter avec ESP32-C6 dans un module précertifié à 2 $
• Capteurs connectés: MQTT, HTTP, HTTPS et WebSocket sont immédiatement disponibles dans ESP-IDF
• Électronique grand public: L'ESP32-S3 prend en charge une caméra, un écran et une connexion au cloud, ce qui en fait une solution proche d'un SoC pour les appareils intelligents
• Prototypage rapide: Une vingtaine de lignes dans un sketch Arduino suffisent pour obtenir une connexion Wi-Fi complète. Reproduire cette fonction avec un STM32 et un module Wi-Fi externe peut demander plusieurs jours

Comparatif des périphériques STM32 et ESP32

ADC et fonctions analogiques

Les ADC des STM32 offrent généralement une résolution de 12 bits, tandis que les STM32H7 peuvent atteindre une résolution effective de 16 bits grâce au suréchantillonnage matériel. Ils disposent de plusieurs unités d'échantillonnage-bloquage, du suréchantillonnage matériel et de modes de balayage DMA. Les STM32G4 et STM32H7 proposent des ADC doubles ou triples pour l'échantillonnage synchrone du courant, indispensable au contrôle des moteurs.

L'ESP32 possède deux ADC SAR de 12 bits, mais ceux-ci deviennent fortement non linéaires au-delà de 2,5 V. Lorsque la précision est importante, les produits de série utilisent généralement un ADC externe comme ADS1115 ou MCP3424.

PWM et contrôle de moteurs

Les timers avancés du STM32, notamment TIM1 et TIM8, génèrent 6 canaux PWM synchronisés avec temps mort matériel, entrées d'arrêt d'urgence et mode encodeur. Le HRTIM du STM32G4 offre une résolution de 184 ps et convient aux alimentations à découpage ainsi qu'aux convertisseurs DC-DC multiphases.

Le périphérique LEDC de l'ESP32 convient à la variation de luminosité des LED et à la commande PWM des servomoteurs, mais il ne dispose ni de temps mort, ni d'entrée d'arrêt d'urgence, ni d'interface pour encodeur.

USB, CAN et interfaces avancées

• USB hôte, périphérique et OTG: Pris en charge par les STM32F4, STM32F7, STM32H7 et STM32U5 ainsi que par les ESP32-S2 et ESP32-S3
• CAN-FD: Pris en charge uniquement par STM32
• Caméra DCMI: Interface parallèle sur STM32H7, tandis que l'ESP32 utilise le mode esclave I2S
• Tolérance à 5 V: De nombreuses broches STM32 tolèrent 5 V. Les GPIO de l'ESP32 fonctionnent strictement sous 3,3 V et un signal de 5 V peut endommager la puce, un point souvent négligé par les débutants

Résumé: Pour les fonctions analogiques et le contrôle, les périphériques du STM32 sont plus avancés que ceux de l'ESP32.

Développement sur STM32 et ESP32

Chaîne d'outils et méthode de travail

STM32 utilise STM32CubeIDE et STM32CubeMX pour configurer graphiquement les broches et les horloges, avec les bibliothèques HAL et LL. PlatformIO et Arduino-STM32 couvrent également les usages amateurs.

ESP32 utilise ESP-IDF, le framework officiel basé sur FreeRTOS, ou Arduino-ESP32 pour le prototypage rapide. ESPHome et MicroPython proposent des solutions de plus haut niveau.

Concernant la courbe d'apprentissage, l'ESP32 prend l'avantage pendant les deux premières semaines. Le STM32 devient plus intéressant au cours des six mois suivants. Une fois les abstractions Arduino dépassées, CubeMX permet de contrôler entièrement les périphériques depuis une interface graphique.

Prise en charge de FreeRTOS et Zephyr

FreeRTOS est intégré à ESP-IDF. Toutes les applications ESP32 l'utilisent déjà, avec la possibilité d'affecter les tâches à des coeurs précis. ESP-IDF est entièrement construit autour des concepts de FreeRTOS. Les projets STM32 peuvent en revanche fonctionner avec ou sans RTOS selon la complexité de l'application. Sur STM32, FreeRTOS constitue un middleware optionnel pouvant être ajouté avec CubeMX.

Zephyr RTOS prend en charge les deux plateformes, mais la couverture des STM32 est plus complète dans le projet principal, avec une prise en charge intégrale de Device Tree pour les familles F, L, G, H, U, WB et WL. Les ESP32 basés sur Xtensa sont pris en charge, mais avec un certain retard. Pour un projet industriel à long terme, l'association Zephyr et STM32 offre une base plus cohérente.

Middleware et écosystème

La chaîne d'outils ne représente que le début. Les middlewares et les SDK déterminent souvent la vitesse réelle de développement.

Écosystème STM32:

• TouchGFX, framework d'interface graphique embarquée pour écrans
• Packages middleware X-CUBE pour USB, LPWAN, contrôle de moteurs et Azure IoT
• Azure RTOS avec ThreadX, FileX et NetX Duo, proposé sans redevance et soutenu par Microsoft
• Zephyr RTOS avec une prise en charge approfondie de Device Tree sur STM32
• ST Motor Control Workbench, interface de réglage FOC destinée aux STM32G4 et STM32F4

Écosystème ESP32:

• Registre de composants ESP-IDF proposant des centaines de pilotes maintenus par la communauté
• SDK Matter esp-matter, implémentation officielle au niveau de la puce
• ESP RainMaker, backend cloud sans serveur à gérer pour les produits IoT grand public
• ESPHome, firmware défini en YAML pour les appareils domotiques, soutenu par une importante communauté Home Assistant
• Arduino-ESP32 avec des milliers de bibliothèques et une prise en main rapide

Les middlewares STM32 sont davantage orientés vers les parcours de certification industrielle. Ceux de l'ESP32 privilégient la mise sur le marché rapide de produits connectés.

Outils de débogage

• Débogage ST-Link sur STM32: La méthode SWD (Serial Wire Debug) standard utilise des programmateurs ST-Link économiques, souvent proposés autour de 3 $ sur les cartes d'évaluation Nucleo officielles, ou des outils plus avancés comme Segger J-Link et ULINK. Elle permet d'utiliser des points d'arrêt matériels en temps réel, de surveiller les variables et d'inspecter la mémoire sans interrompre l'exécution du coeur
• Débogage USB-JTAG sur ESP32: Les modèles ESP32-S3 récents et les puces RISC-V de la série C prennent en charge le débogage JTAG natif directement via une interface USB-C. Les modèles plus anciens nécessitent un débogueur ESP-Prog externe pour utiliser les points d'arrêt matériels. De nombreux développeurs privilégient donc les messages de débogage transmis par la liaison série USB-CDC

Résumé: L'ESP32 permet d'obtenir plus rapidement un premier programme fonctionnel. Le STM32 devient plus efficace lorsqu'un véritable débogage matériel est nécessaire.

Figure: Environnement professionnel de débogage matériel comprenant des instruments de test et une carte d'évaluation STM32.

Pourquoi de nombreux produits utilisent-ils STM32 et ESP32?

Architecture hybride

Pour contourner les limites propres à chaque puce, les ingénieurs répartissent souvent les fonctions entre un microcontrôleur principal et un coprocesseur dédié:

• STM32 prend en charge: Les boucles de contrôle en temps réel, l'acquisition rapide de capteurs analogiques via ADC et DMA, les verrouillages matériels de sécurité ainsi que le contrôle PWM précis et rapide des moteurs ou des alimentations à découpage
• ESP32 prend en charge: Les piles de protocoles Wi-Fi 2,4 GHz et Bluetooth, les échanges sécurisés avec le cloud via MQTT ou HTTPS, les mises à jour du firmware à distance (OTA) en arrière-plan et l'appairage BLE avec une application mobile

Les deux puces communiquent via UART ou SPI. Le STM32 agit généralement comme maître, tandis que l'ESP32 joue le rôle de modem sans fil.

Produits utilisant les deux puces

• Appareils intelligents: STM32 pour le moteur et la sécurité, ESP32 pour la connexion à l'application
• Bornes de recharge pour véhicules électriques: STM32 pour CCS, CHAdeMO et les fonctions de sécurité, ESP32 pour la connexion OCPP au cloud
• Compteurs d'énergie intelligents: STM32 pour la métrologie, ESP32 pour la transmission des données en Wi-Fi
• Passerelles industrielles: STM32 pour les réseaux de terrain Modbus et CAN, ESP32 pour la liaison avec le cloud

Cette répartition permet à chaque puce d'assurer les fonctions auxquelles elle est la mieux adaptée. La pile sans fil peut également être mise à jour sans modifier le firmware de contrôle.

FAQ

Conclusion:STM32 ou ESP32, lequel choisir?

Il n'existe pas de vainqueur universel dans le comparatif STM32 et ESP32. Le bon choix dépend principalement de la nature du produit:système de contrôle en temps réel ou appareil IoT connecté.

Choisissez STM32 si le projet nécessite un timing déterministe, des mesures analogiques précises, le contrôle de moteurs, des modes de veille à faible consommation, des communications industrielles, des fonctions liées à la sécurité ou une disponibilité à long terme. STM32 convient particulièrement aux variateurs de moteurs, automates, compteurs, contrôleurs industriels, dispositifs médicaux, capteurs alimentés par batterie et systèmes de qualité automobile.

Choisissez ESP32 si le projet repose sur la connectivité sans fil, la communication avec le cloud, l'intégration domotique, le prototypage rapide ou un faible coût pour l'IoT grand public. Grâce au Wi-Fi, au Bluetooth, à Matter, à Thread et aux modules précertifiés, ESP32 convient particulièrement aux passerelles MQTT, appareils intelligents, capteurs connectés, équipements Home Assistant et produits électroniques grand public.

Pour de nombreux produits commerciaux, la meilleure solution n'est pas STM32 ou ESP32, mais STM32 avec ESP32. Une architecture courante confie au STM32 le contrôle en temps réel, l'échantillonnage ADC, les verrouillages de sécurité et les entrées-sorties industrielles. L'ESP32 gère alors le Wi-Fi, le Bluetooth, les mises à jour OTA, les communications avec le cloud et l'appairage avec une application mobile. Cette conception hybride permet à chaque puce d'exploiter ses points forts.