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ST新推出的STM32WB无线MCU具有七年夜优势

宣布时间:2018年10月29日 18:10    宣布者:eechina
要害词: STM32WB , STM32 , 无线MCU
我们知道,意法半导体公司(STMicroelectronics,简称ST)的STM32系列MCU是业内颇具影响力的微控制器。自STM32首颗芯片宣布到现在的11年里,该产物线组成了高性能的F系列、低功耗的L系列和低资源的主流系列,现在又新增了无线联网的WB系列。

在10月12日举行的媒体类似会上,意法半导体中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东师长教员说,STM32WB的面世宣布ST正式进入无线的32位领域,让客户更容易渗透渗透渗透渗透和开发他们的无线物联网应用。会上,意法半导体STM32超低功耗和群集微控制器市场司理Hakim Jaafar师长教员详细简介了STM32WB的性能、特点和优势。由于Jaafar的演讲英华英华精炼而准确,下面直接援用以供您参考。

以下是Hakim Jaafar师长教员的语言。



明天我们将简介的是STM32WB,这是新一代的微控制器系列,是ST首款STM32集成BLE和IEEE802.15.4的射频模块的系统芯片(SOC)。

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我们新宣布的STM32WB系列有7个新的产物特点,这些也是STM32一直保持争先的要素:第一,增添了无线的能够性,STM32WB集成了开放的2.4G射频多协定模块,支持Bluetooth蓝牙5.0和THREAD和ZigBee的协定栈。第二,这款蓝牙产物支持双核,能够保证周全的控制和超低的功耗。第三,我们着力打造的是物联网掩护,由于物联网的安然异常主要,以是这款产物有许多掩护和安然的性能集成在外面。第四,对中国市场或许全球市场在通讯方面的资原本讲,我们也有充实的考量,尽能够增添集成度(也就是单片机的看法),以增添一切系统的资源。第五,延续STM32的传统,具有较量富厚的产物种类,笼罩从最小256K内置的闪存到最年夜的1兆闪存,从最少的48脚的封装到最多100脚封装。第六,也是异常主要的一点,STM32WB可以延续或许共用STM32曾经存在的生态系统,降低开发射频应用的门槛,基于我们曾经开发的STM32生态系统,如:Cube生态系统,能够更快地上手。最后一点是十年的供货保证,这是耐久以来对客户的允许。

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先看第一点,第一点是无线的能够性,我们最早推出的是蓝牙5.0,经由历程支持这个协定栈,数据速率可以前进两倍,支持2兆的高速率传输。同时也支持5.0的Mesh手艺,从而前进群集的笼罩面。

由于这颗STM32WB的射频也支持802.15.4无线的通讯尺度,以是我们同时也支持OpenThread的协定栈和ZigBee协定栈,我们可在静态态形式下同时运转蓝牙和OpenThread。

为了让我们的客户有更年夜的开发无邪性和能够性,我们也支持2.4G开放或许专有的协定栈给客户用于开发。这类专有的协定栈可以支持BLE或许802.15.4,预留一些空间让客户自己去开发。另外适才提到关于这个产物,功耗也是主要的考量,一切射频的链路的预算会低至到102dB,同时关于资源敏感的应用,我们也有很好的考量,由于它集成度更高,好比,在集成了巴伦(平衡器)后,我们降低了一切物料清单资源。

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由于STM32WB上的2.4G射频可以支持多协定,以是基于+6dBm输入功率和高迅速度的射频模块和物理层、链路层之上的协定栈,可以做不合的排列组合,比似乎时应用ZigBee和蓝牙5.0,或许同时应用蓝牙5.0和Thread,又或是Thread和ZigBee和同时支持专有协定。

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现在让我们来看一下单核和双核芯片的不合。先看一下单核芯片,假定要做蓝牙或许射频的应用,它必须同时处置赏罚赏罚用户应用和射频部门,这样会发生两个部门之间要协调物理上对资源的请求,同时对开发者来讲,开发时间和使命量也会增添。在物理层下面的共用也会使得产物有分时的条件,在分时的条件下,会使得义务处置赏罚赏罚时间长和功耗增添。关于射频应用来讲,功耗前进也是较量头疼的使命。同时由于现在单核的芯片的资内幕对来讲较少,在做应用的同时,要在外面加上配套的MCU芯片,从而使一切产物的物料清单资源前进。

关于双核的芯片,特殊是STM32WB来讲,它的巧妙的处所在于我们将应用和射频两部门别开。应用部门是由内置的M4的内核处置赏罚赏罚,射频的协定栈由内置的M0内核处置赏罚赏罚。岂论是应用端照样射频端,我们都供应了更年夜的自在度给用户。除自在度以外,它的优点还网罗相较于之条件到的两颗配套芯片的资源,单颗双核芯片的资源在一切系统资源上有所降低,同时可以加速客户开发面市的时间。

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现在仔细看一下STM32WB内置模块,第一个模块是射频模块,射频域是基于M0+内核,32MHz主频,它支持2.4G的射频收发器,可以支持BLE5.0和802.15.4协定同时运转。下面是M4内核,他们是自力于M0+内核的,能够专注于让客户去开发用户法式模范模范,M4也是沿用之前ST的生态系统,基于STM32L4的IP。再来看看外面的外设,像无晶体的USB2.0在STM32其他的产物线上也看到过,它还支持低功耗的串口和4线的SPI和SAI。同时尚有安然模块,有这些安然的模块的同时又保证两个内核的域是相对自力的,是以可以防止STM32被破解。我们尚有异常富厚的模拟外设,好比12位ADC,两个较量器,这都是STM32固有的成熟IP,同时我们还支持ART Accelerator,使我们在Flash上的推行不会由于闪存期待周期而降低性能。两个内核同时能够会见Flash,从而到达最高效力。

下面再让我们仔细看一下几个重点,第一,超低功耗。在阻拦形式下,射频待机,保持256K的RAM条件下,能到达1.8个微安(&micro;A),这是在业界相当低的功耗。它在关闭形式下功耗小于50个纳安(nA)。外设方面,有一个重点是SAI,我们集成了SAI,可以供应在蓝牙应用中支持音频需求,这一需求在市场上也愈来愈多。另外我们也集成了QSPI的接口,完成了闪存扩年夜的能够性,客户可以接外置的闪存,来增添系统的闪存容量。从使命电压来讲,STM32WB是宽电压产物,从1.7到3.6伏,使命温度最低至零下40度,最高可以到105度。

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现在我们详细来看一下双核处置赏罚赏罚器的利益,适才也提到了射频端是由M0+内核域处置赏罚赏罚的,这块可以相关于应用自力出来,专门是做毗连相关的使命,好比说数据上传和用空中下载手艺(OTA)来更新射频的协定栈。自力的的M0+处置赏罚赏罚群集义务时可让担负用户应用的M4的域处于休眠状态,从而降低功耗。

那功耗能降到多低呢?在节能形式下,我们可以保持RAM和RTC运转,这时间间功耗可以降到1.8个&micro;A,然则在睡眠或许低功耗形式下,它依然能保持很快的叫醒时间,这个叫醒时间会在5个微秒(&micro;s)。

叫醒以后,便可以用主处置赏罚赏罚器,基于M4内核的CPU,去做用户的应用。可以是传感器融合的使命,也可以是处置赏罚赏罚或许控制系统的使命。这样会较量无邪,同时我们也支持批处置赏罚赏罚形式,批处置赏罚赏罚形式也能够或许或许让我们的闪存和CPU在关闭条件下降低功耗,同时能够完成照顾的使命。

两个内核也是可以同时运转的,假似乎时运转的话,我们的功耗也唯一50&micro;A/MHz。在同时运转条件下,也能保证性能。

在有些不须要一直使命的应用处景中,我们尚有超级节能的形式,相较于节能形式,它会关闭更多的外设,到达更低的功耗,最低可以到达小于50nA,以节俭电池的电量。

这里有一张图,绿色的代表双核产物在一切周期中的功耗的年夜小。对应1、2、3、4、5不合的状态,功耗也是浮动的,凭证不合的应用处景,我们可以在某些条件下功耗很低,在某些条件下功耗稍高一些,你看到其他蓝色或许深色的部门,就是统一应用处景下单核产物的功耗,这些产物是没有措施关断某一些外设的,它必须是长时间一直在运转,你可以看到它保持在较高的水平以致有些更高,以是在静态条件,双核会带来更好的功耗体现。

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下面看一下STM32WB一些应用(场景)。关于一些产物线须要在线升级,我们可以应用STM32WB的蓝牙5.0或许双协定同时运转的形式,在此形式下用OTA来远程升级装备。受益于双核的优势,这个装备的升级可以到达较量安然的固件升级品级。

第二个应用处景就是健身和医疗或允许穿着上的应用,在现实的生涯中我们能够会用蓝牙毗连多个装备。现在STM32WB最多可以毗连8个装备,很好的应用了5.0多点毗连的优点。我们可以看到,在可穿着或许便携式医疗和健身方面,对尺寸的请求愈来愈小,我们有一个CSP100的微型封装,可以保证在设计上把一切产物的尺寸尽能够做到更小。另外一个是功耗,适才提到STM32WB有双核,同时它能年夜幅降低静态功耗,异常合适电池供电且须要长时间待机的应用,而可穿着的应用正好也须要这类性能。我们纵然在长时间的双核合营运转的条件下,也是能够到达50 &micro;A/MHz的静态功耗性能。

适才提到扩年夜的闪存容量,现在须要纪录的数据愈来愈多,好比说可穿着装备的应用。我们可以在STM32WB的外部经由历程QSPI去接更多外置Flash以扩年夜容量,同时我们为了增添资源,也集成了USB2.0装备,不须要外接外部的晶体。

另外一个应用处景是家庭安保和音频或许智能家居相关的应用,由于STM32WB的迅速度相对来讲很高,有-100dBm的迅速度,可以笼罩较量年夜的区域,如笼罩一切家庭规模。另外它外面还集成了客户密钥存储(CKS),假定是出于安然的推敲,在升级的时间可以把这些器械放在我们的安然域外面,在升级时可以保证你的应用是可信的,授信的,再更新你的固件。

另外是蓝牙信标(Beaconing),Beaconing现在也是蓝牙的趋势之一,现在STM32WB是支持蓝牙Beaconing的,同时由于STM32WB的集成度较量高,把资源降到了更低,应用户有更低的门槛做Beaconing的应用。我们的电流也是异常低的,在低功耗条件下,可以延伸在Beaconing下电池的应用寿命。

下面一个应用就是工业装备,在工业领域,对蓝牙的需求与日俱增,这是由于蓝牙是很便利的毗连要领,可以经由历程不合的平板、手机来控制不合的工业装备。我们的STM32WB是工业级的,使命温度最高可以到达105度,异常合适工业装备的应用。另外由于功耗较量低,可以很好的支持低功耗的工业装备,同时它叫醒时间异常短,只需5 &micro;s。而工业装备异常考究安然性,STM32WB具有很好的安然性优势,能够知足工业应用的需求。同时它集成了一些功效可以降低一切工业产物的资源。

尚有一个宏年夜的应用领域是照明,在照明方面,之前很经常应用的无线毗连要领是ZigBee或许是THREAD。现在由于蓝牙具有很好的易用性和毗连性,特殊是对手机而言,年夜家对蓝牙的需求愈来愈多,然则又须要兼容原来已有的一些协定,好比说ZigBee和THREAD,我们就须要蓝牙和ZigBee、THREAD同时应用,这也是我们为甚么在STM32WB下面能够同时支持这三种协定,而且能够在应用处景中能够支持这类应用的一个启事。以是在这方面,我们也把BLE5和Mesh做到芯片当中,来笼罩之前在ZigBee  Mesh上的功效。

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最泉源我们提到了STM32WB的安然性,现在仔细看一下这个安然性是怎样完成的,请看这个框图,最左边的框图是M0+关闭的子系统,是安然的域,蓝色的部门是M4的内核,下面的实心深蓝色是内置的闪存空间。

这个应用处景是远程固件升级,首先客户会将自己的客户密钥存储在最左边的安然区域里,这是关闭的子系统,假定有新的固件包,我们先会把新的固件2.0放在闪存空间当中,由M4来处置赏罚赏罚。M4首先会检测到新的2.0固件,告诉我们有一个新的固件来了。我们的应用处置赏罚赏罚器M4内核会先把固件外面的署名和密钥发给M0+的子系统做验证。假定说我们验证的署名和密钥和我们外部子系统里的是不合的,那更新就会一连下去,假定发现它是纰谬的,那会阻拦这个更新历程。假定说密钥是不合的,那系统会经由历程安然域的通道(灰色通道),然后再烧写代码,以是安然性取得了保证,一切历程都是有监控的。

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再来看一下针对物联网掩护的功效,特殊是关于外部进击的进攻措施。进击会有许多种,好比说非入侵式进击和软件进击,先来看一下软件的进击,软件的进击有多种,好比说底层软件验证加密上的进击和提取密钥,和有些恶意的软件或许病毒软件,或许说开放一些或许截取你升级权限的进击。面临这些进击,我们STM32WB是怎样应对的呢?适才曾经提到CKS,即在M0+内核域的用户密钥存储,同时它延续了之前STM32加密的硬件引擎,好比说真随机数和加密加速器、读掩护、存储单元、96位ID等。

另外一种进击就是非入侵式的,它会在周边情形做一些修改,从而取得一些旌旗暗记或许说注入一些弱点旌旗暗记,取得想要的信息,面临这类情形,STM32WB的外部集成了许多传感器或许检测器,这类检测器会准时的发现不正常的旌旗暗记,然后做一些报警、奇偶校验或许JTAG读出掩护,又或许在某些条件下允许闪存启动,让这些欠好的或许说不正常的旌旗暗记通道尽能够关闭或许做出警示。

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前面提到了STM32WB的浩荡价值,好比说低功耗、双核、安然性,尚有一个很主要一点是我们的资源,资源也不只仅是指芯片资源,这里尚有生态系统的资源。先来看一下芯片的资源,由于STM32WB的集成度较量高,我们把巴伦内置,省掉落落了外部巴伦(外部的巴伦的用度浅易是15美分到20美分),这样系统资源可以增添许多。我们最小系统外部器件最少只须要6个(网罗晶体)。 我们外置晶体用得很少,我们可以用单晶体运转。另外保证外部的LCD升压部门也是内置,同时供应电容触控的软件,这样一切电路资源会较量低。另外我们在应用上最少可以做到两层板,这也年夜年夜的降低了资源。

从生态系统层面,STM32WB延续了STM32的传统——软件收费,岂论是从协定栈端(如射频的BLE5.0  OpenThread)照样通用的802.14.5,这些协定栈都是收费。另外IDE集成开发情形和STM32Cube这块的软件也都是收费的。

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再来看一下产物线,我们有多款产物给用户做选择,从管脚来看,有从最少的48脚的UQFN的封装到最多100脚的WLCSP的封装,内置闪存会从最少的256K到最多的1兆。

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关于生态系统原型开发,我们也会尽能够地为工程师们做到加倍便利易用。从硬件角度,首先我们会供应一个套件——NUCLEO套件,它网罗一个NUCLEO板和一个USB dongle。一个上电,一个插在电脑的USB口上,便可以完成通讯的演示。我们可以经由历程STM32CubeMonRF的软件,来监测和盘算系统的功耗。

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我们再看看一切软件开发历程当中的工具,首先是代码,我们用STM32CubeMX,这是ST自己供应的。在编译和调试的集成开发情形方面,有ST自己供应和协作错误供应的多种选择,如AC6是ST自己供应的,atollic现在曾经被ST笼络了,我们也能供应。arm 的KELL在Cortex-M0+内核上也会收费的供应给用户,另外尚有协作错误IAR和MBED供应传统的第三方集成开发情形。而射频性能监测会由STM32CubeMonRF来供应。

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虽然选型也是较量主要的方面。为了让年夜家更快的或许更精准地选到我们的产物,我们在不合的平台上,如平板手机、电脑端供应ST MCU Finder这一选型工具,让年夜家更快地找到合适的产物,着实不雅不雅察手艺质料。

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STM32一直是我们的主打产物,每年我们都邑保持低价值的投资。年夜家熟知的三个产物系列,或许说三块产物分区是高性能的、主流的和超低功耗的。现在ST最新引入了无线这条产物线,STM32WB是其中的主打产物,它是支持蓝牙,支持OpenThread,支持ZigBee的芯片,也拓展了STM32在无线上更多的能够性,我们还会一连投资在无线方面,年夜家可以期待往后有更多的无线的集成的STM32产物面世。现在,现在我们一切的客户数目曾经逾越五万家了。异常主要的一点是,ST现在起劲于笼罩一切的应用,现在市情上从高性能到主流到低功耗和无线的应用ST基本都能笼罩,对用户来讲假设想要做一个应用,STM32一定会给你最好的选择。

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