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ST的32位MCU家族诞生第12类产品——无线SoC,奥妙有哪些?
wangying | 2018-10-16 17:39:30    阅读:8226   发布文章

采访环节_1.JPG发布会照片:从左至右:意法半导体中国区微控制器事业部市场经理 谈俊,STM32超低功耗和网络微控制器市场经理 Hakim Jaafar,ST中国区微控制器事业部市场及应用总监 曹锦东

       当前,越来越多的设备接入物联网,因此无线连接功能和安全成为重要特征。与此同时,海量物联网设备应用需要芯片及解决方案的成本低、有更低的功耗,且有丰富的产品种类可选。

        为此,意法半导体(ST)近日宣布STM32微控制器(MCU)家族的第12个产品系列——STM32WB量产。其最大的特点是在其广受欢迎的超低功耗系列MCU——STM32L4系列基础上发展出来的具备无线射频功能的SoC。

1微信图片_20181016174105.jpg         此次发布的STM32WB系列内置BLE 5和IEEE 802.15.4射频模块。目的是为了助力下一代智能互联产品的开发,例如,数字家庭产品、穿戴设备、智能照明、智能传感器、工业设备等。与此同时,WB系列集成了更多功能,因而BOM(物料清单)成本更低,并可提供更长的电池续航时间,适用于灯具、健身追踪器、医疗监视器、Beacon设备、标签、安全设备、工业物联网应用等。

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        为何此时推出无线MCU?
        此外,WB系列的技术亮点是采用Arm® Cortex®-M 双核,分别用于设备运行和无线通信,确保用户体验更顺畅 。
        迄今为止,市面上有几家MCU厂商提供带无线功能的MCU,其中,只有为数不多的几家MCU厂商有能力提供双处理器的无线通信芯片。那么,为何ST此时才推出无线MCU?其难点在哪里?为何ST采用双核方案?
         ST中国区微控制器事业部市场及应用总监曹锦东先生指出,WB系列今年3月已提供样品,受到了客户的欢迎。现在有很多客户关注与云端的连接。ST中国区微控制器事业部市场经理谈俊称,以智能门锁为例,过去厂商开发指纹识别等方案,今年厂商开始做门锁与云连接的方案。
         STM32超低功耗和网络微控制器市场经理Hakim Jaafar解释道,ST早就有独立的MCU和蓝牙等开放的2.4GHz无线RF芯片的技术,所以集成在一起,从硬件角度不是困难的一件事,难的是无线协议栈软件的调试,及整个生态系统的搭建及具有竞争力。经过酝酿,ST推出了射频开发和功耗控制工具,能够生成C代码,且很多软件协议栈是免费的。

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        为何采用双核方案?
        双核的好处是可保证实时处理。


2微信图片_20181016175506.jpg        Hakim Jaafar分析道,单核产品要包括CPU和应用固件,还需要外设和射频协议栈,缺点首先是分时系统,其次任务处理时间长,因而功耗高;另外还需要配套的MCU,使得整个方案的成本增加。

        而WB通信系统芯片(SoC)只有一颗裸片,灵活度高,可延长电池续航时间,另外由于是全合一方案,因而节省成本;再有可加快产品上市。 
        具体地,WB系列整合一个功能丰富的Arm® Cortex®-M4微控制器(MCU)和一个Arm Cortex-M0+内核处理器。Arm® Cortex®-M4微控制器用于运行主要应用软件;Arm Cortex-M0+内核用于减轻主处理器负荷,执行低能耗蓝牙(BLE) 5和IEEE 802.15.4射频实时处理任务。射频控制器还能同时运行其它无线通信协议,包括OpenThread、ZigBee®或专有通信协议,为设备联入物联网(IoT)提供更多连接选择。
        这样,双核芯片可以有5种主要的工作模式,使得功耗可以更低。
3微信图片_20181016175732.jpg        可见,通过整合性能更高的Cortex-M4内核与Cortex-M0+网络处理器,STM32WB 利用ST的超低功耗微控制器(MCU)技术集成优异的射频性能和更长的电池续航时间。
        另外,该系统芯片还集成连接天线所需的基本电路(巴伦),在其它解决方案中,通常工程师必须自己设计巴伦; 还集成大容量的系统存储器、用户存储器、硬件加密、客户密钥存储器(用于品牌和知识产权保护)。

        如何保证安全?
        谈到物联网,人们最担心的是安全性,因为终端需要与云连接,例如对现有软件进行升级。WB系列在射频协议栈和应用固件更新方面独具匠心。在射频方面有封闭的子系统,具有射频和秘钥存储功能。这样,应用固件更新时需要五步:1.新固件包下载成功;2.发现新固件包,启动更新程序;3.应用处理器发送固件包签名和秘钥进行验证;4.如果验证签名与设置的秘钥不匹配,更新过程终止,设备重置;5.用专有秘钥对新固件包进行解密,设备开始烧写代码。

4.png        另外,在攻击防御方面也有一系列措施。包括非入侵式攻击和软件攻击的防范,具体如下表。
 5.png        WB系列有9种产品,主要按照片内Flash内存/RAM的大小,以及封装尺寸来区分。此时,电子产品世界的编辑有个问题,通常片内Flash内存的成本很高,有些MCU公司还推出了无Flash芯片,并提供Q-SPI接口来接外部Flash,为何WB系列没有无Flash的芯片?Hakim Jaafar称主要看客户的选择。通常从安全性角度考虑,片外存储器的隐患是信息容易被盗取。另外,WB系列也有Q-SPI接口,方便客户外接更大的存储器芯片。
        未来发展计划
        此次是WB系列,支持常见的蓝牙和802.15.4。下一步ST还将推出WL系列,即长距离(Long range)无线,诸如Sub-GHz等。        
        小结
        ST的芯片在提高性能的同时,非常重视性价比,此次集成了射频功能,还保证了超低功耗、物联网保护,并节省成本,具有型号的多样性,配有齐全的射频开发和功耗控制工具,以及可用于工业的长达10年的供货保证。可见,面向物联网开发,ST的WB无线SoC/MCU可谓精心打造。

         后记——ST为何在华销量大?
        ST MCU为何在华销量很大?笔者在此前也写过几篇文章,分析了种种原因,例如低成本、执著的发展信念等。最近一位大学教授提出了新观点,认为市面上很多开放的解决方案是ST的,例如电动自行车方案,一些生产企业没有开发能力,可以直接拿来用,因此ST的芯片大为流行。
        笔者也问ST公司这样一个问题:一些友商的MCU芯片倾向于和ST的产品兼容,ST怎么看?ST的一位经理意味深长地说:“我们希望我们的芯片及解决方案成为市场和行业的标准。”他补充道,大家都仿照ST,ST才能向标准更迈进。
        从这个角度看,“有容乃大”,具有开放胸怀的企业,才能够走得更远、做得更大。

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图:WB系列定位的几大应用     

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